全國中小學科展

臺灣

腔體共振與開孔流速的探討

本研究探討腔體受聲音震動導致開口噴出氣流的現象。實驗以揚聲器播放聲音,使固定於其上的剛體錐形瓶共振,揚聲器與腔體之間並無直接接觸。通過改變聲音頻率、腔體參數(包括體積、瓶口截面積、瓶頸長度),以及揚聲器震動振幅與腔體內外氣壓,研究噴流流速的變化。 研究發現腔體內氣壓振幅超過臨界值時,腔體開口處會噴出一連串渦流環,根據拍攝的影像確認連續的渦流環組成的噴流即為合成氣流(synthetic jet)。噴流流速在聲音頻率與腔體共振頻率相同時達到峰值,並隨聲音頻率偏離共振頻率而急速下降。流速峰值頻率符合修正後的亥姆霍茲公式,且瓶頸長度越長,共振時合成氣流峰值流速越低。本研究為聲能轉動能方面提供新的研究途徑,並有進階研究的可能性。

自製保麗龍自動切割機

本作品的特色是以Arduino微處理器為核心,利用開源軟、硬體,自製一個電腦數值控制系統的保麗龍自動切割機。使用者只要先以繪圖軟體Inkscape製作出切割路徑的G-Code程式,再以Universal Gcode Sender軟體將程式傳送至控制器,系統即會自動控制步進馬達,將所需切割之圖形自動、快速的切割完成。

最硬?最IN!北竿硬地馬拉松地圖全攻略

利用手機app、三角函數及Google map做「北竿硬地馬拉松」賽道長度與坡度的測量,並利用Excel將高度與坡度數據做成折線圖,串接成影片讓跑者可以在遠距離就做到北竿硬地馬拉松的賽前準備。透過Google表單統計跑者對於「事先預知賽道高度與坡度」等訊息對比賽是否有幫助,以及跑者對北竿硬地馬拉松「最硬(最難)賽道」、「最IN(最喜歡)賽道」、「最有印象啦啦隊」前三名的排序。

一果一世界—正榕榕果的小宇宙

本研究發現可由顏色或苞孔開閉判斷榕果分期,幫助教學或採集小蜂。隨著果高與果徑增加,果腔直徑同步增加,果壁厚度改變不大,果腔產生空隙,方便小蜂授粉與產卵及雄蜂移動、交配。B期外苞片逐漸成深紫色ㄚ形可鬆開,加上苞孔周圍黃色,是小蜂辨認苞孔位置時除香味外的著陸指標。苞孔發育過程配合開閉及香味釋出可決定小蜂進入時機,白斑有乳管分泌乳汁幫助對寄生蟲癭與食草昆蟲的防禦。小花有獨特空間排列使柱頭與花藥生長向著榕果中心,兩種雌花交錯排列使柱頭在同一水平,可平衡授粉或產卵機會。各色榕果葉綠素總量相似,可見色澤轉變仍可光合供養。果內有授粉蜂一種,寄生蜂5種,還有線蟲、蟎、甲蟲幼蟲、螞蟻等生物,榕果充滿物種多樣性。

結合熱感應的寵物訓練機

在多數有毛小孩陪伴的家庭,訓練寵物大小便的問題至為重要,足以影響主人的生活品質。本研究的寵物訓練機以操作制約為理論基礎,透過監測寵物可否在正確位置如廁,再以語音及食物獎勵,強化在正確位置如廁的行為,讓主人可以在機器的輔助下,順利完成寵物的訓練。為辨識排泄物是否在正確的位置,採用熱影像攝影機辨識環境熱源,擷取前後兩張熱影像的差,找出有降溫特性的物體,藉以確定寵物排泄物的位置,準確率將大幅提高。當寵物成功在正確位置如廁時,訓練機立刻啟動獎勵,以樹莓派啟用語音獎勵及藍芽控制零食桶給予獎勵,寵物便可以不用主人親自訓練,便可以達到訓練寵物在正確位置排便的目標。

抗氧化萬歲!為您沖杯高「酚」好茶!

本研究探討不同沖泡條件對茶飲品抗氧化能力與茶多酚含量的影響,旨在找出最佳沖泡方式,並分析不同添加物對茶湯的影響並藉由碘滴定法推測抗氧化能力,了解茶多酚含量。實驗變因包含浸泡時間、加熱方式、茶葉顆粒大小,與糖、鹽、乳製品等不同添加物的影響。透過測量自製茶湯的值與抗氧化能力,探討如何沖泡出高「酚」好茶。 研究結果顯示,適當延長加熱與浸泡時間能提高茶多酚釋放,但超過一定時間也不會增加茶多酚,抗氧化能力反而下降。茶葉磨碎後沖泡可增加茶多酚,酸性環境對抗氧化能力影響不大;加入乳製品則會顯著降低其含量,尤其以奶精影響最鉅。本研究之科學依據,可幫助消費者選擇更健康的茶飲沖泡方式,並推廣茶飲的抗氧化價值。

衝吧!究極針筒空氣動力車

我們實驗目的主要是探討影響空氣動力車行進距離的因素為何?瞭解其在車身大小與重量相同時,藉著改變針筒大小、針筒容量、重心、車輪大小與車頭,來瞭解影響空氣動力車行進距離的因素,並針對改造車體結構對行進距離的影響來進行實驗與探討,驗證我們的推論。藉此充份掌控一些空氣動力車的製作技巧,期望最終能夠做出一台可以跑得最遠的「究極空氣動力車」。

奶奶的AI銀翼天使~高齡社會老人積極老化的「心」嘗試

2019年COVID-19肆虐全球,老年人社交及運動頻率下滑。2023年本縣邁入超高齡社會,「下流老人」成社會隱憂!老人如何積極面對老化帶來生理、心理及社交變化呢?即便疫情也能有正常體能活動呢?本研究探討嘗試結合Google teachable machine及OpenPose的AI姿態辨識功能,透過Python編寫智能人機互動軟體,提高老人運動效率。除了生理積極抗老化,也希望心理、社交層面予以滿足。故,研究中結合華德福教育優律思美運動,藉由舞蹈、詩歌及優美旋律引導老人心靈、提升動機。最後以自覺量表來記錄運動強度,期望能建立正面積極的老化社會,AI智能將像天使銀翼讓奶奶能夠再次翱翔。

酸鹼滴定研究及自製微量滴定裝置

首先以滴管、滴定管、水平微量滴定管等現有滴定裝置進行酸鹼滴定測試,滴定終點時呈現的色澤深淺並不一致,經實驗發現,造成滴定終點色澤深淺不同的主因,是現有滴定裝置產生液滴過大所致。接著針對液滴過大之缺點進行改良,利用螺旋擠壓原理搭配針頭為液滴出口,自製第一代滴定裝置;進而應用氣流吹落殘液,自製第二代滴定裝置。本研究改良型滴定裝置,具備螺旋擠壓液滴、氣流吹落殘液等兩大亮點,可使產生之液滴更微小。最後經實際測試,使用改良型滴定裝置所產生液滴更微小,可使滴定終點更接近當量點,所呈現的淡粉紅色深淺較一致。此全新改良型滴定裝置具備精準度高、操作簡易、成本低廉等優點,深具實用價值,未來有商品化之潛力。

以甲醇與甲酸為營養源評估甲醇利用菌的碳利用效能

本研究以化工廠的活性污泥中篩出的甲醇利用菌Methylorubrum populi 進行研究,經全基因定序得知其具備染色體與質體各一組,再經序列分析找出5488組基因、對應5376組蛋白質與347個代謝路徑,其中包含可以利用甲醇、甲酸進行生合成的多條路徑。在不同的酸鹼值下,以不同比例的甲醇、甲酸為碳源,輔以銨鹽礦物鹽基礎培養液培養,測量此菌生長曲線的變化,由此推得生長半生期、倍增時間等各項參數,並分析乾燥後菌體的氮、碳、氫元素比例,以評估其碳利用效率。分析結果在pH 6.7、以甲醇為碳源的狀況下,以其碳排46.7%減去碳利用率53.3%,顯示此反應甚至可達到負碳排。