全國中小學科展

臺灣

白浪滔滔我不晃-船隻阻尼器研究

本實驗以指尖陀螺與馬達製作阻尼器,利用角動量的原理來平衡船隻的晃動程度。從實驗結果發現有裝阻尼器的船隻,震動的波形相對較為穩定,表示阻尼器對於穩定船隻有實質上的效果。而改變指尖陀螺的質量和轉速,也驗證了角動量越大穩定的效果越好。希望未來能進行更大的實驗模型,進而實際應用在一般船隻上。

平分天下──網格全等切割之方法數

本作品主要探討在網格上進行全等切割的方法數,並分析其擁有性質,於研究過程中發現當方形網格邊長達到6時,切割路徑會產生「回繞」的複雜情形。因此本次研究由「回繞數」為0的切割路徑討論起,並給予網格分層的定義,依序探討正方形網格、長方形網格、三角形網格及六邊形網格切割成不同等分時的方法數,而後我們再進一步討論正方形網格「回繞數」為1時的全等切割,並利用遞迴式得出切割方法數。 此外在研究中,我們透過排列組合計算出長方形網格在不受回繞限制下的一般式,並嘗試討論立體網格的情形,在增加對「懸空數」的限制下,經計算得出了有趣的結果。

綠金奇緣-海藻酸鈉的化腐為金應用

本研究觀察海藻酸鈣膜的生成,發展以平面雙面交聯成膜方式,增強膜的韌性及滲透性,擴大海藻酸鈣膜應用性,開發為農業營養抑草膜。為讓海藻酸鈣膜有遮光抑草功能,混加茶渣茶單寧加鐵所生成的黑色素,或將咖啡渣混加入膜中,製成黑色海藻酸鈣膜,來取代普用的黑塑膠膜抑草蓆。除海藻酸鈣膜生成條件外,試驗雙面交聯成膜及雙(多)層膜的製作方式,及其滲透性。結果顯示,以茶單寧黑色素及咖啡渣製成的海藻酸鈣膜都可有效遮光、韌性佳、不易破損,具保濕性。期許後續將甘油加於海藻酸中,再加鈣交聯所生的成膜,具較高的滲透性,可添加肥料及營養劑於膜中,經緩釋放提供植物生長所需,既可抑草又可補充養分讓其生長,營造環境友善耕作的新模式。

流沙箋的表面張力因子探討

流沙箋為調製顏料灑在水或黏稠性介質表面,經由各種工具及技法製作各種紋樣,再將紙覆於其上轉印而成。製作流沙箋以水作為載體所得的紋樣自由流動,不易固定,近代發展常以海藻酸鈉為載體。 毛細管檢測表面張力海藻酸鈉及羧甲基纖維素皆為11.1mm,甲基纖維素11.6mm 這三種膠體表面張力較為相似,載體除可用純水配置0.45%海藻酸鈉外,也可嘗試其他。水膠液液滴直徑觀察中海藻酸鈉液滴直徑最小4.03mm(倒數為0.25),水則為4.67mm(倒數0.21),海藻酸鈉倒數最大表面張力最小,有較穩定的顏料擴展;顏料液滴直徑以黃色表面張力最小,紅色及藍色則沒有差異。 流沙箋製作過程中影響因子太多,溫度較低的環境或溶液較能保持製圖時的液體表面擴展,未來也可再探討不同顏料與載體互動差異。

翻牆逃逸的酒滴-馬拉哥尼效應在直筒玻璃牆上的翻牆現象

本研究主要探討垂直的馬拉哥尼效應(Marangoni effect),應用於酒精溶液的翻牆逃逸現象。酒精裝入玻璃杯中,因杯內酒精溶液會沿著玻璃杯爬升產生「腳」,且杯壁上的酒精有著較大的蒸發量使表面張力變大,進而產生表面張力差,杯內表面張力較小的酒精會持續藉由「腳」往表面張力較大的杯壁酒精累積與上升,如同脫離地心引力般的向玻璃杯壁上移動。當杯中酒精溶液的液面較接近杯口時,液滴將逐間累積至杯口處,持續在杯口處藉由「腳」拉引並與杯口上的液滴相互結合,逐漸向杯口外圍累積,最後成功翻牆逃逸。後續實驗嘗試使用市售食用酒品、丙二醇和丙酮等各種不同溶液探討翻牆逃逸情形。在延伸研究中,從廣口瓶的瓶頸發現「腳」蒸散與拉聚會產生脹縮的呼吸現象。

機率的陷阱——伯特蘭悖論

1889年,約瑟.伯特蘭(Joseph Bertrand)展示了以下問題:「圓內隨機一弦大於圓內接正三角形邊長機率為何?」並提出三種解法,而每一種解法都分別得到不同的答案。我們發現其他正多邊形也有類似情況,歸納出其中的規律,並且將伯特蘭的解法推廣為第四種,這種解法可以在範圍內任意產生無限多種機率。接著推廣到立體空間中探討,也同樣發生悖論,這些不一致的情況蓋提議敘述不清所致。

決勝「膠」點-三秒膠安全措施及特殊應用之研究

本研究對三秒膠的最佳使用環境、防護措施及特殊用途進行了一系列的研究,發現三秒膠使用環境是在低溫且正常濕度下使用為最佳,若想要使黏著性更堅固,可在黏著時添加石灰粉以及香灰。而使用三秒膠時,事先塗抹凡士林或配戴PE材質手套都可有效保護手部避免沾黏,如果真的不小心沾到,則可浸泡於酸性水溶液或去光水幫助分離,且要避免使用棉質手套,因為其含有植物纖維,與三秒膠易發生化學作用產生高溫,造成燙傷。特殊用途有:滴在保麗龍上可防止液體流出、藉由三秒膠接觸植物纖維所產生的煙霧可檢測是否有殘餘的胺基酸、將三秒膠滴到植物纖維上,高溫可達將近200°C可以用來加熱食物、三秒膠加上香灰或保麗龍能修補破裂的瓷磚與非平面性的裂縫。

利用粒線體UQCRC1基因缺失之巴金森氏症果蠅模式探討細胞自噬作用對於神經系統退化之影響

巴金森氏症是最常見的神經退化性疾病之一,目前尚無根治之法。研究已知,粒線體如果出現問題,會加速神經細胞退化。細胞自噬作用可協助清除功能不佳的粒線體,以維持神經細胞運作。電子傳遞鏈第三複合體核心中的UQCRC1 (Ubiquinol-Cytochrome C Reductase Core Protein 1) 基因點突變會導致巴金森氏症。然而,細胞自噬作用對於UQCRC1引起神經退化影響的仍不清楚。本研究中,在果蠅神經系統以RNA干擾方式降低UQCRC1表現量,建立巴金森氏症模式;而後利用不同藥物分別抑制或促進細胞自噬作用,觀察果蠅爬行能力;同時,利用MARCM遺傳工具,使果蠅組織細胞分為UQCRC1缺失和正常細胞兩群,觀察細胞自噬相關的蛋白表現量在兩群細胞間的差異。研究結果顯示細胞自噬對UQCRC1參與的粒線體功能缺損的神經退化有代償作用。

設計與合成粒線體內硫化氫偵測之活性螢光探針

本研究提出一款新型硫化氫偵測之螢光探針,我們選用BTIC作為探針螢光主結構並藉由修飾上疊氮達成偵測硫化氫之目的。帶入設計上,利用PPH3形成與粒線體的電位差使其將探針帶進粒線體,最終進行粒線體內硫化氫之偵測與顯影。 目前本實驗已合成出螢光探針基本結構與側鍊結構,並初步檢測探針對於硫化氫的偵測能力,確認其能夠與之反應並有顯著螢光變化。另外,目前已成功接上側鍊,待純化出目標產物後將進行進一步的性質檢測,包括選擇性、靈敏性、及持久性。 最後,我們預計將探針實際進行生物顯影,做多個結構顯影的比對,確認本研究之成效。此外,我們希望此款螢光探針除硫化氫偵測外,還能夠進行生物機制探討或疾病細胞篩選的應用。

風生水起-空氣產水IoT裝置

本研究探討如何利用空氣中的水分開發出創新型的空氣產水裝置。首先透過文獻探討,比較冷凝式和吸附式等不同空氣產水技術的優缺點。接著依據文獻分析,設計並製造結合冷凝式和吸附式的模組化空氣產水裝置,利用致冷晶片和矽膠做為冷凝和吸附的核心元件。實驗結果顯示,致冷晶片在工作電壓5V(功率9.2W)時,冷端溫度最低約9.4°C,對提高冷凝效率最有利。空氣產水裝置在此電壓下,產水速率可達5.41g/hr。但若考量能源效率,則在2V(功率3W)時每度電可產生550克水,產水能力最佳。而環境濕度是影響裝置效能的關鍵,當濕度低於40%時幾乎無法產水。溫度升高有助於提升產水效率,但太低時則會影響冷凝效果。基於上述實驗結果,我們結合Webduino成功開發出空氣取水IoT裝置。