全國中小學科展

臺灣

「捲」動未來-摺紙仿小卷機器人之探究

我們觀察到小卷在水中移動時,若受到驚嚇或刺激,會以噴射方式迅速前進。基於此特性,我們設計並製作了仿小卷動力機器人,模擬其水中移動行為。寶特瓶小卷 模型皆採用水力作為動力來源,並以近似小卷的材質與比例製作,使其運動方式更貼近真實生物。完成初步實驗後,我們嘗試讓模型能像真實小卷般自行移動,因此運用校內的3D列印機設計零件。並且模仿小卷的動力,做出外殼,使用棘輪裝置收縮彈出產生速度,使仿生小卷能達到推進的效果。

「震」「筋」危坐居安思危─強「筋」健骨的重要性

台灣位於環太平洋地震帶上,「向地震學習」是避免再一次發生重大地震災害的不二法門。1999年的921集集大地震中,有三分之一的房屋倒塌。2016年的美濃地震造成了台南維冠大樓倒塌。2024年4月3日的大地震中,有兩棟三角窗建築在幾秒內瞬間倒塌。本實驗主要以三種箍筋以及我們自行研發的一筆柱中柱箍筋進行評估,並利用我們自製的地震模擬器,測試不同箍筋的研究成果。我們發現傳統箍筋最不穩固,一筆箍筋排名第二,柱中柱箍筋排名第三,而我們研發的一筆柱中柱箍筋最為堅固,合理的建築設計與抗震結構至關重要。

旋轉多邊形

我們先定義「旋轉多邊形」,再透過拼組六形積木分析出「旋轉多邊形」的性質為1.偶數個能密鋪的凸多邊形;2.所有頂點相連的2內角和為720°/K,K為拼組數量;3.若拼組數量是4個,則會組成平行四邊形的洞;若拼組數量是6個以上,則會組成等距放射狀的洞。若僅用六形積木組成「旋轉多邊形」,則能組成30種不同的樣貌。若將相同的「旋轉多邊形」彼此相拼,則只有四種結構才能無限擴拼,其中以4個正方形和6個正三角形這2種所組成的「旋轉多邊形」為拉脹結構,當轉動到有最大洞時,其長、寬會等比例分別放大1.5 倍和 √3倍。

依〝形〞組隊,優勢再現! ~ 六邊形蜂巢堆砌策略再探討

我運用學姐前三年研究的結論,採用初始配對方式,針對共有格數量、角對角數量及各類模組間最佳的組合研究:「在六邊形蜂巢中如何擺放有色六邊形,可求得外圍白色六形總數最少?」且依據模組間的相互關係值,求得K值(包圍的白色六邊形總數)計算公式。 在延伸活動中,我沿用初始配對模式,找出平面長鏈形六邊形的蜂巢堆砌模式,也求得足球這種立體六邊形組合的蜂巢堆砌模式。

潮間貝包客--淡水河口棲地特性對貝類分布的影響

本研究探討社子島頭至漁人碼頭貝類分布與棲地類型、距河口遠近、水質、土壤特性、土壤重金屬、季節的相關性。研究結果,貝類主要棲地 4類:礫石、泥沙、軟泥、水筆仔林潮間帶,共發現60種貝類。影響貝類分布因素依序為:多元地形、適合土質、水體情況、環境穩定性、棲地面積、潮線長度、季節等。水質檢測與貝類生物指標:水質汙染程度越上游越嚴重。土壤重金屬檢測:越上游汙染程度越嚴重,比對2023年研究濃度 無升高。重金屬含量:紅樹蜆體內與水樣比較,鉛為33倍、汞為100倍、鎘為33倍,重金屬會在貝類體內累積。秋、春季貝類種類與數量略多於冬季。棲地惡化時,貝類會消失或 利用貝卵遷移到適合棲地環境生長,因此可作水質、環境生物指標。

玫瑰花葉背下懸掛的小白球-偽裝高手草蛉的生態

媽媽種了許多玫瑰花,我在觀察時,看到一些白色小球,詢問老師知道這是草蛉的卵。我們到校園尋找並實際飼養草蛉,觀察牠們的型態和行為,同時設計卵、幼蟲、成蟲實驗。 在草蛉卵孵化實驗中發現草蛉卵會因為不同溫度高低,而影響牠的孵化率。 草蛉幼蟲期在覓食、運動和偽裝有特殊性,尤其偽裝能力最令人驚訝;草蛉幼蟲會把周圍的東西,都背在身上;偽裝過 程是用口器將物體夾住,再往上舉起,背部也跟著拱起,接住偽裝物,動作十分敏捷;每隻草蛉幼蟲身上都 裝著 滿滿 的 各式各樣偽裝物,我們推想這樣的裝扮可以讓幼蟲變強大,又可以隱藏自己。 草蛉幼蟲專門吃一些植物的害蟲,如:蚜蟲、粉介殼蟲、葉蟎等,是生物防治的益蟲。

「廢」盡其用-運用廢棄物特性製作環保板材之研究

探討利用咖啡渣、暖暖包內容物及碎紙等廢棄物,以不同黏著劑與處理方式製作環保板材。先以鹼液去除咖啡渣內含油脂,提高咖啡渣與黏著劑的結合力,並額外獲得咖啡油皂。研究不同種類澱粉與非澱粉黏著劑(如糯米粉、吉利丁、印尼馬信等)對板材強度的影響,發現糯米糊與吉利丁的黏結效果最佳,且比例越高板材強度越好。 進一步探討不同顆粒大小、去油程度的咖啡渣、不同生鏽程度的暖暖包內容物及不同大小碎紙對板材強度的影響,找出能製作較高強度板材的處理方式。透過適當材料與加工,可將生活廢棄物轉化為可用於環保建材的再生板材,能減少廢棄物對環境的影響,也提供一種可行的資源回收與再利用策略。

「魚」你水「乳」膠融-強力蛋白膠

本研究利用市售飲品、魚鱗及自然教室裡既有的材料調整配方,製作出黏性最強的蛋白膠水。魚鱗經加熱煮過,牛奶或豆漿加入酸性液體產生凝固蛋白質,經分離後再加入鹼性物質使其酸鹼中和,即能生成蛋白膠水。 實驗過程中發現,使用常溫低脂牛奶製成的蛋白膠水黏性最佳,並以pH值2.5的檸檬酸溶液萃取蛋白質,再加入碳酸鈉調配成pH值8.0的蛋白膠水成品黏性最好。 與其他市售黏性較強的液狀黏著劑相比,強力膠黏性雖強,但有強烈刺鼻味 保麗龍膠則容易產生細絲,黏著技術不佳會讓作品看起來像是佈滿蜘蛛絲,而強力蛋白膠不論是牛奶膠還是魚鱗膠皆黏性強 、成分單純、無毒性,合乎環保需求。我們也利用蛋白膠水製作了一架飛機,象徵開闊視野,未來前途無量。

「過」關斬將-不再為髒污「碳」息

本研究探討過碳酸鈉在衣物污漬清潔中的應用,主要評估其對不同類型污漬和布料的去污效果。實驗結果顯示,過碳酸鈉對醬汁類污漬有顯著去污效果;但對油性污漬效果較差。本研究創新性地採用RGB 色差分析量化去污率,發現不同布料材質對過碳酸鈉的反應亦有所不同,內裡布和排汗布的去污率較高。最適清潔條件為40℃溫水與使用4g過碳酸鈉,過高水溫將降低清潔效果。此外,加入過量過碳酸鈉未必提升去污率。研究顯示過碳酸鈉有良好的去污潛力,並適合於日常衣物清潔,但仍應關注如何解決油性污漬清潔與布料損傷問題。本研究為環保型氧系漂白劑的實際應用提供了量化依據,其無氯、低毒特性更具環境友好優勢。

響由形生~喇叭狀共振腔對聲音表現的影響

本研究探討喇叭共振腔的波導形狀,對聲音傳播距離、響度和音色造成的影響,我們依斜率變化自製窄頸、橢圓、三角喇叭共振腔進行探究,成功發現形狀影響聲音表現背後的物理關聯。研究結果如下: 1.喇叭狀設計會引導聲波能量更順暢往出口集中傳播,也會改變諧波數量造成音色變化。 2.窄頸喇叭響度增強效果最好,聲音傳最遠。 3.三角喇叭在中低音諧波太多,易產生雜音。 4.喇叭邊界的形狀會決定空氣對流速度,窄頸喇叭空氣流動最慢反而響度最高。 5.聲波遇到喇叭邊界後,產生的干涉會影響傳播距離與範圍:窄頸喇叭能量集中於中央軸線 ,傳播遠,具指向性;三角喇叭兼顧傳播範圍和強度;橢圓喇叭能量均勻散佈腔體,傳播範圍最廣但強度不足。