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臺灣

瀑布下的陷阱~探討漩渦在瀑布深潭中的形成及其運動情形

研究發現瀑布漩渦的形成主要是有不斷出現的強大水流流進深潭,持續的水流來回交錯就可能出現漩渦;如果遇到潭底礁石,更容易產生漩渦。而人偶在深潭中會以橫向或上下移動方式持續運動,水流會對人偶產生拉址現象。 經實驗探究發現:高度越高及水流量越大的瀑布,水流會離開石壁以幕簾式或水柱流入深潭,較容易形成漩渦,掉進漩渦內需較長時間才能往外脫離。另外,在凹地地形人偶較容易被石頭卡住,但水流會在凹地處產生一個向上向外的流動,讓人偶往外離開漩渦,是一個脫離的機會。 最後提出建議:瀑布區旅遊,不應該進入到深潭區。瀑布漩渦並不是一直保持著強大水流,會有一段時間水流會將人偶帶往旁邊,如果發生溺水人們就可趁這時間點逃離漩渦。

轉、轉、轉、紙轉千迴

洪新富老師有張隨著開合旋轉的紙雕名片,我們好奇: A、如何製作會旋轉的紙雕? B、其旋轉角度有無規律? 在分析探討後發現: 一、在菱形結構中,當摺線呈階梯狀,就能旋轉; 二、在鳶形結構中,要旋轉還須:「中線至較大剪角頂點距離」 ≥「中線至較小剪角頂點距離」-「第一層和第三層剪線在對摺線上的間距」。 三、菱形和鳶形結構,不管每層剪角是否相同,相鄰兩層的旋轉角度皆會相差 「180度-第n層起始處與第 層起始處的夾角」, 其中每層剪角相同的結構,相鄰兩層起始處夾角為一個摺角。 四、在圓形結構中,當摺線呈階梯狀,且摺角不等於180度即可旋轉,其中 若摺角皆<180度,則逆時針旋轉,若摺角皆>180度,則順時針旋轉, 且旋轉角度都隨層數遞增。

「非西瓦」時之三角形面積分割探討

研究想法來自於三中線將三角形平分為6個面積相等的小三角形,試想如果分割線不是中線的話,分割結果會是如何? 先研究三角形三頂點與其對邊上的三等分點連線,將三角形分成19個區域,我們運用孟氏定理計算出這些區域的面積比及一些延伸性質。 運用上述計算技巧,研究三角形三頂點與其對邊上的任意分割點連線,當三條分割線不共點 (非西瓦) 時得分割三角形,證得此分割三角形面積與原三角形面積比公式。 推廣至當分割點在邊上或其延長線上時,研究分割三角形存在條件及圖形分類。依分割點是否在邊的延長線上,分為八種類型圖形,以數學軟體模擬找出所有圖形有73種,證明這八種類型之分割三角形存在的條件及面積比,並歸納以一個公式表示面積比。

不要「碳」氣!自製氣瓶探究碳捕捉材料的吸附效能

工業革命後,人類排放至大氣中的二氧化碳(化學式CO2)逐漸增加,若不及時控制將會導致全球氣候變遷。但我們認為僅減少CO2排放量是不夠的,應該更有效率的捕捉它,於是我們設計了一系列實驗來驗證我們的想法。為了有穩定的CO2供氣來源,我們成功自製了CO2氣瓶,經過改良後以排水集氣法得到時間和體積變化有很好的線性關係,能替代笨重的鋼瓶。接下來CO2多寡的測量是選用碳酸氫鹽指示劑的顏色變化來量化,方法是通入不同時間的CO2到指示劑後再用分光光度計測量其穿透率,再利用此穿透率區間回推每公克矽膠乾燥劑能吸附多少毫升的CO2,建立一個科學實驗模式後應用到其他生活中具孔洞的材料中,並進一步探討不同材料間吸脫附重複率的效能。

數列DNA—等差數列的質與合

本研究取材自科學研習期刊的數學專欄題。 給定一個正整數數列,如果數列元素可以寫成這個數列的某些項的乘積,就稱該元素為這個數列的合項,否則稱該元素為這個數列的質項。 我們將研究聚焦於等差數列,並成功發展出首項為1,以及首項=公差-1之等差數列的合項快速篩檢模式,更進一步發現「首項的冪次模公差的週期性」,對於判斷任何等差數列的合項性質都具有關鍵作用。 我們證實存在「完全由質項構成的等差數列」,也觀察到梅森質數在特定的等差數列中可以作為其質項。 最後,我們修改質數定理,成功預估了首項為1、不同公差等差數列的質項密度。本研究為為理解數列的結構與性質提供了全新的工具與視角。

神奇的陶罐

本研究將南美口哨陶罐、鳥笛與陶笛(泥哇嗚)的構造與製作原理相互結合,創造出一種新的樂器— — 神奇的陶罐。它可以演奏歌曲,甚至當我們在其中放入一些液體時,配合手勢的開合,可以重現鳥類的鳴叫與潺潺的流水聲等,非常有趣。然而,在嘗試吹奏及創作的過程中,我們發現,將兩個頻率相近的陶罐同時吹奏或單獨吹奏單腔體雙哨陶罐樂器,它們所發出的樂音頻率與頻率發聲器所產生的雙耳節拍頻率,透過音樂編輯軟體進行比對,是完全相符的,所以,我們所製作的陶罐除了能陶冶性情外,更具有影響腦電波的神奇效果呢!

抗震結構468

用保麗龍為材料,建立同樣乘載面積的正四角柱、正六角柱以及正八角柱,以拉扯頂部測量各施力時的位移程度,並以樑對樑和角對角的兩種施力方向施於兩模型上,釋放時的晃動做為模擬地震時房屋的搖晃,實驗記錄拉扯釋放後至模型平衡不晃動的時間、晃動的緩衝幅度,以及觀測在哪一施力程度或實施的第幾次造成模型的結構損壞,用於檢測結構的耐震、耐久度。

拋丟推我都不怕,我是「平底不倒翁」

本研究旨在探討平底不倒翁之可行性,以及影響平底不倒翁成功與否之關鍵因素。我們透過懸吊法找出物體的重心位置並設計實驗,實驗發現在容器內部不同位置加上一塊華司,能顯著改變整體的重心位置,其次影響平底不倒翁的關鍵是重心的位置及容器底部是否內縮,而重心的位置又與附加物重量、位置等息息相關,透過容器不同傾斜角度的實驗與槓桿原理的分析,我們發現重心越低越容易成功。此外平底不倒翁的成功條件有二,一是使用上緣大於下緣的容器或容器底部內縮,二是底部黏附的重物密度夠大或是也能內縮。平底不倒翁確實可行,且可以將其概念運用在生活中,例如改良交通錐、安全防撞桿、兒童餐具、玩具、直立式電風扇等。

以深度學習進行心音及高血壓關聯性之研究

2019年衛生福利部死因統計資料顯示和高血壓有高度相關的心臟疾病、腦血管疾病和高血壓性疾病皆在十大死因之列[15]。本研究提出以深度學習對心跳聲的時序頻譜圖進行訓練與分析的研究方法,應用此方法我們能以Convolution Neural Network(CNN)模型從受測者心跳聲預測出其血壓層級。CNN一般用於圖像分類,但在此研究中我們以此來分析心跳聲。本研究發現利用僅萃取第二心音的資料庫訓練效果較佳,並透過熱圖分析注意到模型對特定頻率域較為重視,在後續實驗中更進一步發現0~200 Hz和400~600 Hz在判斷高血壓時扮演重要角色。同時,我們也成功應用此方法,區分出長期高血壓和運動高血壓,證明心血管的結構改變在時序頻譜圖上有對應特徵。若應用於穿戴型裝置持續監控心跳聲,就能隨時追蹤使用者的血壓層級的變化,有異常便能盡早就醫,避免憾事發生。

平行金屬板電場對白莧種子萌芽及後續育苗之影響

本實驗目的為「探討平行金屬板間之靜電場,白莧種子在其內萌芽及後續育苗之影響」,以2V/cm、4V/cm作為在電場下培養的實驗組,0V/cm作為在一般環境下對照組,分別記錄第一天至第四天之累加發芽率,以及第十天至第十五天之累加出葉率。實驗結果發現,電場愈大,成功發芽的機率較高,且有助於加快白莧菜之生長速率。