全國中小學科展

二等獎

地震與纜車的邂逅 Monitoring the Seismic Reduction and Vibration Resistance of Cable Car

本研究主要探討地震造成的纜車晃動,藉由自製的地震模擬器與纜車系統,探討各因素對纜車晃動之影響,設計纜車系統和車廂的減震裝置。研究結果顯示:一、地震時纜車斷電停駛位置愈靠近塔柱、相同長度纜繩上車廂個數較多、纜車重量較重、纜車臂較短,纜車晃動時間相對較短。二、所設計之減震裝置中,利用夾層中鋼珠轉動,使地震時只有外層纜車晃動而內層纜車輕微滑動的「雙層纜車」效果最佳。纜車系統塔柱則可參照建築物設置隔震元件,以減緩纜車晃動。本研究結果可望為未來應用之參考。

積少成多—以階差級數計算填數字方法數並推導其生成函數

本研究主要解決的問題為:在任意多邊形上填入特定範圍的正整數,使得相鄰兩邊上的數差1,求符合以上條件的填數字方法數。 為了解決問題,本研究做了兩項突破。第一項是題目的轉變,將問題轉變成路徑問題。第二項則是將路徑數計算的方式(加法原理)之逆運算,求出從原點前往含直線y=-x及其右半平面上的任意格子點之捷徑數,並搭配巴斯卡三角形中的組合數列,成功地推導、證明此問題方法數的公式。 接著本研究將原題延伸,推廣至討論任相鄰兩邊上的數之差為固定某一正整數的情形,也成功地推導、證明其方法數公式。最後,本研究討論原題目的生成函數並成功導出。

在酵母菌中被熱休克蛋白90所保護的遺傳變異之探討

基因型的改變會導致表現型的改變,然而,有一種稱為遺傳緩衝的效應,能隱蔽基因型變異,維持表現型穩定。由於某些遺傳變異不適合生物的原始環境,卻能被保護,使在各種環境中持續演化。從前人的果蠅研究發現,若剔除熱休克蛋白90能夠使其不同遺傳品系間的基因型變異被顯露出來;而在酵母菌的研究中,剔除熱休克蛋白90會增加在環境擾動時的生長差異,因此熱休克蛋白90被認為有參與遺傳緩衝效應。更重要的是,熱休克蛋白家族普遍存在於所有真核生物中。為一窺遺傳緩衝效應機制的原貌,本研究誘發釀酒酵母菌菌種196的突變、增加其基因型的多樣化,並以doxycycline環境及高溫環境營造環境壓力,以降低酵母菌196及其突變株的基因Hsc82之表現量,找出含有因為突變而被熱休克蛋白90所保護的基因的突變株。希望透過找到這些突變株以了解,有哪些基因突變會被熱休克蛋白90所保護,並進而推論人類基因的突變是否也能依循此機制被隱蔽。

The new engine

The aim of this project is to eliminate the huge consummation of petrol in the field of transportation. This project will be based on the creation of an engine. It is not only economic but also, it does not pollute the environment. In order to think about the scientific strategy of this engine, I had a look at the work of many previous inventors who worked on a similar engine. But the engine I fabricated has as additions: - The use of clean energies (air, electrical energy and electromagnetic energy) - It is an engine the energy of which is renewable and it does not necessitate the intervention of man to give it energy .THIS MEANS THAT IT WORKS ALONE.

電場中的小晶靈-高電壓電場中液滴的結晶現象

本研究設計相機-顯微鏡-玻璃座平行銅片電場裝置,拍攝鹽類液滴在高電壓電場中的結晶現象,並以色階曲線為基礎,發展出SCL值,來偵測晶體表面的性質。實驗先找到能讓晶體成長趨向單顆且高透明的條件為:加蓋(低蒸發速率)、過濾、無施加電場與低熱LED光源。並應用蒸發速率差異,發現食鹽晶體的變速成長現象。蒸發快會形成階梯螺旋紋,蒸發慢,紋路消失,變成全透明晶體。將這裝置轉放在高電壓電場下可發現:晶體形狀發生改變(晶體傾斜或碎晶),透光度變差(SCL值變小),可觀察到新生晶體邊緣,有條狀暗紋出現,但晶體成長速率變化不大。鹽晶析出反應會因些微的外在變化,而影響溶液中離子堆疊,在晶體表面出現陰影或不規則紋路。這種對外在環境有著高度反應的現象,可以透過反應位能曲線圖來解釋,正可以用來研究外界高壓電場如何對物質發生影響。

連續正整數的鈍角三角形分割

對於集合 S={k,k+1,…,k+3n-1},考慮其所有三元子集的劃分,我們研究在其中所有子集皆含有的一致性:鈍角三角形。文中給出了對於初始值 k 尋找 n 的方法,並證明其存在性。對於所有 k 我們都能給出 n 的範圍。在文末我們期望能夠從解析方面來對這問題進行更深的剖析,所以對於部分鈍角三角的的劃分方式給出了其必要條件的限制,並且同時作出關於全體鈍角三角形的等價類分組方式。

Seeing Dots.

一樂隊表演,攝影師站在這樂隊的外圍拍攝。由於樂隊排列的位置,攝影師必須在外圍移動才能拍攝完整個樂隊。現在將樂隊移至直角座標中整數格子點上。攝影師依序在原點,x軸,y軸整數上的拍攝點拍攝位於平面上mxn (n→∞)的陣列。但有些點會被其他的點擋住,而無法拍攝到,討論如何用拍攝點拍攝到全部的陣列的方法探討其點數。要解決這問題需要其他的點去輔助。隨著mxn的陣列變大需要越多的拍攝點才可以看完。想要用最少的拍攝點拍攝,需要固定且有理論的方法。經過研究,找到mxn陣列(1≦m≦100, n→∞)的結果,若y軸上取一個拍攝點,其結果會使拍攝點個數都是優於先前文獻之結果。由於拍攝點點數是全新的數列,我們使用數學方式預測。由二維平面拓展到三維空間,其二維平面結果仍適用於三維空間。可探討天文望遠鏡拍攝恆星間的關係。

Effect of Air Resonance by Wind Speed Difference on Falling fruit

This study completes an air vibration equation expressed wind speed slope and wind speed. First, preliminary experiments identified air vibrations when wind speed differences occurred over distance. Several air fans were connected in series and the rotational speed of the air fan was adjusted to vary the wind speed with distance. At this time, only certain pendulum oscillates during a particular wind speed slope. It was expected that the pendulum would shake because the frequency of the air due to the slope of the wind speed was equal to the natural frequency of the pendulum. In addition, relatively short pendulum swings in large wind speed slope, long pendulum swings in short wind speed slope. After calculating the natural frequency of the seasonal growth of fruit using the physical factors model, we experiment how resonant frequency was related with cone length, angular width, wind speed, velocity and secondary derivative. the actual experiment analyzed the natural frequency of the fruit and resonance from the air vibration as the linear function of the wind speed, velocity, and secondary derivative. The experiment determined that the pendulum of a specified number of frequencies resonated with a particular wind speed pattern. It is judged that the vibration of air is related to first derivative of wind speed depending on speed and distance. However, it is very difficult to express the flow of nonlinear fluids as a function of simple function, particularly the effects of air vibrations caused by wind speed second derivative, which appeared to be associated with forces. This is a task that needs to be solved through further research.

自動發電發光二極體的光電性質探討

本研究藉由研究LED的光學性質:發光光譜、吸收光譜、吸收光的電流電壓曲線;並測量由LED吸收可見光的效率與內部等效電阻,藉以評估LED作為太陽能電池的實用性。研究結果顯示LED在太陽能電池的電子電洞與等效電路模型中的相關參數(填充因子,串聯電阻,分路電阻),均能用以有效地將光能轉換成電能。接著利用下列方法:①加裝Fresnel透鏡聚光、②設計LED陣列的電路、③設計電能輸出入的轉換電路等方法,製作出利用LED在白天將光能轉成電能,在晚上將電能轉換成光能,而不需要另外輸入電能的self-powered LED lamps。

探討抗憂鬱症藥物phenelzine對於發生在小鼠巨噬細胞中的細胞凋亡所產生的保護作用及機制

之前有研究指出,使用一些單胺氧化酶(monoamine oxidase, MAO)的抑制劑如pargyline和clorgyline,皆可以保護serum starvation所導致的細胞凋亡,表示MAO可能在細胞凋亡的路徑中扮演重要的角色。 本研究著重於一個臨床上被拿來當抗憂鬱症藥物的MAO抑制劑苯乙肼(phenelzine, PZE)對於沿著腫瘤壞死因子-α (tumor necrosis factor-α, TNF-α)途徑而產生細胞凋亡的小鼠骨髓巨噬細胞(bone marrow-derived macrophages, BMDM)所產生的保護作用。 本研究的結果顯示PZE的確可以保護循TNF-α途徑死亡的細胞,同時使活性氧化物質(reactive oxygen species, ROS)的量下降。我們推論造成此現象的原因是PZE藉由抑制MAO,使得ROS的量下降,進而保護細胞。