全國中小學科展

依國際科展年度查詢

臺灣

雙滾軸間的摩擦振盪

一次生活中的經驗促成了這一次的研究,我們探討了在不同狀況下(如:管重、管長、轉速、動摩擦係數、滾筒間的距離…。) PVC管的運動狀況。進而發現,理論與真實的差距,在真實情況,PVC管並不會是不斷在做S.H.M.,而是逐漸衰減,於是我們順水推舟,開始向PVC管的衰減率進行研究。最後,我們發現,管重、管長、轉速均不會影響PVC管的週期,與其相關的是接觸面間的動摩擦係數及滾筒間的距離。而後,再將結果與模擬進行比較,分析其差異之影響因素。

漫漫上學路--以空間分析探討專車路徑規劃

高中生就學常面臨跨區的通勤問題,學校專車接送幾乎成為各校必備的交通服務之一,但大部分的學校仍採用人工方式規劃專車路線,不符經濟效益,本研究利用高中所學的地理資訊系統,以南部某公立高中109學年度上學期11條專車路線為研究對象,針對該校一、二年級學生回收有效紙本問卷1,003份,調查搭乘專車需求的人數及建議的停站點,運用環域、疊圖等空間分析,評估既有路線調整及新闢路線規劃的可行性。研究結果顯示,重新規劃4條既有路線及新闢1條新路線,預估平均搭載率可從87.5%提升至93%。本研究希望能提供給無專業交通設計背景的學校行政人員,輔以地理資訊系統為工具,以更有效率的方式來規劃專車路線。

奇偶互換-怎樣回到原位

本研究為探討奇數n分為(a,b)整數對後,不斷取偶數除以2加於奇數上的交換過程。 我們從交換過程推導出交換元素 (H×2k,(n- H×2k)),並找到交換奇數集合H,透過交換奇數列表能更快找出數字n中有幾個循環,另外也發現nx=2(x+1)k+2x×k+2(x-1)k+....23k+22k+2k+1時不可交換的數字規律。 交換奇數列表在階段k時,可知[n-(3×2k+1)]÷2k+1=sk...qk,若qk2k,則階段k最小的數字= qk-2k。 依照發現,可列出數字n的所有交換奇數列。 之後,發現交換奇數的排列呈現迴圈規律,並進一步找到形成循環的條件與糖果數目左右交換的關鍵點。 此外還找到了位置移動數列:y×(2k)0,y×(2k)1,y×(2k)2, y×(2k)3……y×(2k) (x-1) 以及位置移動級數s(k,y,x)= y×[1-(-2k)x)]/(2k+1) 透過位置移動數列可更快速的列出迴圈,達到快速降階,更迅速找出循環的目標。

不離不棄的保麗龍箱-模擬高速行駛下小貨車後斗空氣流動的變化及應用

我們發現了一段離奇的新聞:貨車上的保麗龍箱在快速道路上掉落後,竟反彈回車上,究竟是什麼力量造成的呢?實驗發現,當小貨車行駛時,後端因為形狀而產生卡門渦街,當靠近後斗口中間的渦街把空氣帶入後斗口內,就會造成一個往內的吸力。且隨著速度變快,吸力也逐漸增強(約可增加1.2-2倍)。我們經過不斷測試,發現風洞兩側鑽洞後,會在後斗口除卡門渦街外,另外造成一個上進下出的氣流,所以最後成功的還原出當時比中獎機率還低的新聞畫面。我們也研究這個吸力是否能成為車子前進的助力,經實驗發現,其空氣阻力減少率不論是無門後斗或是另外兩種改良型,都比有門後斗多出20%以上,其中V型後斗門甚至可以接近40%,明顯達到減少汽車油耗的效果。

「毛」起來吸油!

這次科展主題是「毛」起來吸油,本研究主要探討人類頭髮的吸油特性,在不同情況下影響頭髮吸油量之因素的研究情形。為了要確保研究過程的準確性,我們在同一研究中使用同一批頭髮,並且自製「頭髮清洗儀」、「頭髮烘乾箱」、「吸油包投放器」。 研究發現,頭髮的特性之一就是親脂性,所以碳氫化合物會黏在上頭,頭髮表皮的毛鱗片因酸鹼、溫度等因素而合攏或張開,而毛鱗片之開合程度影響頭髮吸油量,經過研究發現,用暖風吹乾的頭髮吸油量可以達到原本重量的5.6倍,毛鱗片在高溫和鹼性環境下會讓鱗片張開製造更多的吸附空間,利用此處理方法製作吸油包,使之實際運用於家中廚房廢油清理或水面上汙油吸取。

好酵—探討毛氈苔黏液的抑制能力與啟動腺毛彎曲的誘發物質

從試驗中得知毛氈苔可以消化分解酵母菌,同時發現不同品種的毛氈苔會有不同的捕食行為:圓葉毛氈苔的外腺毛彎曲將酵母菌移入葉片中心並進行消化;寬葉毛氈苔在彎曲過程中會做一次折返。毛氈苔的黏液皆可抑制酵母菌的發酵,並使用3D列印自製與改良儀器,來量化其抑制酵母菌發酵能力的差異。此抑制能力來自黏液裡的消化酶,發現外腺毛黏液的抑制效果優於內腺毛。利用酵母菌被消化後所釋出成分的模型,將實驗數據逐一歸納出誘發腺毛彎曲的物質是磷酸根、鈉離子、銨根與幾丁質,且以磷酸根為主要物質並會產生彎曲訊息傳遞現象。最後解釋為何寬葉毛氈苔的外腺毛在彎曲過程中會一次折返:不同品種的毛氈苔誘發其腺毛彎曲的物質與所需濃度是有差異的。

碳為觀止-回收式生物炭吸附光解膠囊

將廢棄物轉質為吸附材是當今趨勢。本研究建立具再現性之碳化程序,將花生菱殼、雞骨龍蝦等製成生物炭,並建立吸附SOP來探討最佳處理參數,最後將其製成回收式生物炭球。 實驗發現動物炭因為含有高比例無機物(97%),可經由酸洗提升生物炭的等重吸附率,雞骨炭因無機物分布位置特殊而具有發展潛力(超越市售活性炭)。整體而言,酸洗能有效提升生物炭吸附亞甲藍(99%)、動物炭吸附甲基橙(39%)能力(活性炭吸附亞甲藍70%、甲基橙2%),生物炭還能夠吸附鈷離子。 實驗以雞骨炭/海藻酸鈉=5來製作炭球,符合材料經濟最大,且吸附效果良好。最後也將自製光觸媒分散至炭球表面,使觸媒炭球吸附染料後能照射陽光再生,重複使用

密克點與心圓的美麗邂逅

本研究是探討一般位置的n條直線(無三線共點且無平行線組),皆會產生圓共點和圓心共圓的現象。在一般位置的四條直線中,四個三角形的外接圓會共點,稱此點為密克點。 同時其圓心也會共圓,稱此圓為心圓。若再添加一條直線,則可以任意的取出四條直線,分別找出它的心圓,而這五個心圓仍然會共點,同時其圓心又會共圓。為了證明此種情況會不斷地延續下去,我們利用數學歸納法以及四點共圓的性質證出一般位置的n(n≥4)線形都會有密克點和心圓。此外,如果考慮退化的情形(共點或平行),也會同時有密克點和心圓。我們還進一步發現四面體也有相對應的密克點和心球,但五面體以上就沒有。

利用三棘鱟稚鱟鱟殼作為應用材料之評估

目前,三棘鱟已被列為瀕危物種。在美國,藥廠為了保育野外的稚鱟族群,會以商業化模式進行人工飼養和放流復育,以利生物資源的永續。本研究先以DMSO進行稚鱟鱟殼成分的萃取,再進一步探究能否將其應用於抗氧化和抑菌之可能。此外,由於鱟殼能吸附水分,且當中的螢光物質能與銅離子結合,因此,實驗也利用了鱟殼碎片做為吸附汙水中銅離子的濾材。結果顯示,稚鱟鱟殼萃取液具有良好的抗氧化特性、同時也具有抑制大腸桿菌生長的效果。此外,鱟殼也能有效地吸附硫酸銅溶液中的銅離子,並且利用金屬螯合劑(EDTA)溶液清洗後,讓鱟殼可重覆使用淨化水中銅離子。總結,應用稚鱟鱟殼做為生物材料,以人工飼養除能延續物種永續外,還能兼顧商業應用達到雙贏。

Frieze Patterns、Farey Sequence關聯性探討與具1-鋸齒或0-鋸齒Frieze Patterns之研究

在這篇作品中,我們研究frieze patterns 的性質並探討其與法里數列(Farey sequence)的關係。本作品成功造出包含 n 階法里數列的 frieze patterns,並探討其對應三角剖分之雙重0 轉換圖與法里數列的關聯性,我們也找出具 1-鋸齒 frieze pattern 的充要條件及其幾何意義。在最後,我們作了一些 additive frieze patterns 相關性質的研究,並找出 additive frieze pattern 具 0-鋸齒的充要條件,也進一步探討 additive frieze patterns 所有可能的對稱變換。