全國中小學科展

臺灣

自由液面於下落容器內之流體力學分析以及應用

水杯於失重狀態落下,逐漸形成水坑,並在撞擊地面時因巨大慣性加速度導致水坑崩塌,匯集後產生高速累積噴流。 在本研究中比較了不同杯子大小及材質、溶液性質及體積、落下高度,如何影響失重流體的行為,分析噴流的形狀、速率及高度。並找出造成速度放大的效應,討論能量轉換機制及轉換效率。 失重狀態下,水坑深度 d 隨落下時間 t 漸增,達上限後不再增加。表面張力及親水性接觸面使水面形成球狀水坑。接觸角越大則水坑深度上限 dmax 越大,最大水坑為半球形,水坑抬升速度則會受到表面張力及黏滯力之比值影 響。撞擊時巨大慣性加速度使水坑崩塌並匯集,累積效應放大原速度,產生高速累積噴流 Vjet2=Kv2,累積係數 K 與水坑深度 d 正相關。

恆星磁場的觀測與分析計算–主序星磁場的規律

恆星磁場是影響恆星活動的主要因素之一,可藉由光譜上的磁分裂譜線進行量測,近幾年來,由於觀測設備的進步,更高解析力的光譜儀出現,使光譜上的磁分裂譜線更加明顯,更容易對其進行測量。主序星是赫羅圖 (H-Rdiagram) 上最具規律的恆星類型,其各種物理量間大多可以簡單的線性關係表示,因此本研究專注於研究主序帶上各種表面溫度的恆星之磁場大小。本研究透過 Python 計算 Lamost 資料庫中主序星光譜的磁分裂譜線波長差,再透過Phoenix 資料庫庫中的恆星標準光譜與 AtomicspectrallinedatabasefromCD-ROM23ofR. L. Kurucz.找出該分裂譜線是由何種元素造成的,並計算出該分裂譜線的朗德 g 因子 (Landég factor),以此計算出主序帶上表面溫度 3300K~8000K 的恆星之磁場大小。並透過各種次方的多項式對觀測數據的平滑曲線進行擬合,以及結合現有的恆星標準模型,找出最能描述恆星磁場大小與表面溫度之關係的多項式。

探討溫度對蝴蝶翅膀彩蝶效應特性之影響

本研究主要探討溫度對蝴蝶翅膀彩蝶效應特性之影響。為了研究蝴蝶翅膀光子晶體結構的特性,測量了翅膀對紅、藍和綠三種顏色光在不同角度和溫度下的反射率強度。當環境溫度變化時,小藍閃蝶翅膀的光子晶體結構會膨脹,週期性也會略微改變,導致藍光反射率明顯降低。然而,當環境溫度超過攝氏 40 度時, 反射光的強度則不再隨溫度變化。此外,斜角入射時,光線與鱗片截面增加,影響到較長波長的紅光和綠光。未來,計劃改變其他環境因子,以探討是否有其他因素會導致蝴蝶翅膀光子晶體結構的變化。同時,將致力於設計利用光學方法來測量溫度及其他環境因子的新方法。

金屬豐度對類太陽恆星氦閃的影響

氦閃是類太陽恆星演化過程的關鍵事件之一,過去已有人建立了不同初始質量、不同金屬豐度的恆星演化模型,但礙於當時的科技水平,無法直接計算氦閃的過程,只能在水平分支時透過導入模型繼續運算。如今因為模擬程式的進步,已能補足以往之缺漏,以新的視角來檢視恆星演化的過程。 本研究使用功能強大的 MESA進行恆星演化的模擬,再以 Python將模擬結果繪製成可視化圖表,來探討金屬豐度對類太陽恆星氦閃過程及恆星演化的影響。經分析得知恆星的金屬豐度與能夠發生氦閃的初始質量上下限呈正相關。而在會發生氦閃的恆星中,金屬豐度與其氦閃前的表面光度為正相關。隨後因為金屬豐度氦閃釋放的功率峰值呈負相關,導致其與氦核溫度與密度的變化也呈負相關,所以金屬豐度與恆星氦閃後的光度呈負相關;並因為金屬豐度與氫包層質量呈負相關,所以其與恆星在氦閃前及氦閃後的溫度也呈負相關。

探討蒲公英萃取物對纖維母細胞增生及移行之影響

近年來,蒲公英在醫學上有許多突破性的發現,例如 : 蒲公英萃取物可抑制腫瘤生長、抑制發炎反應、治療肝相關疾病等等,對於疾病治療有極大幫助。此外,蒲公英在中藥學與各地原住民習俗上,都具有治療跌打損傷之功能,然而尚無研究針對蒲公英修復傷口進行實驗,因此本研究欲探討蒲公英萃取物對人類真皮層之纖維母細胞增生及移行的影響。研究結果顯示,本實驗兩種蒲公英萃取物在濃度20ug/ml之內,皆可促進細胞增生,其中以濃度10ug/ml效果最佳 ; 在細胞移行的部分,兩種蒲公英萃取物皆會抑制細胞遷移。然而,本研究僅使用眾多蒲公英萃取物的其中兩種,不能代表所有蒲公英萃取物對纖維母細胞皆會有相同反應,因此在未來可以使用其它種蒲公英萃取物來進行實驗,並透過分析萃取物中的化合物種類,探討是哪些特定的成分可以促進傷口癒合。

蔗糖、葡萄糖及果糖對阿拉伯芥幼苗 防禦基因PR1表現的影響

本研究藉由觀察不同濃度及種類的糖對 pPR1:GUS 轉殖株的影響,探討糖是否可以作為植物的危險信號,進而觸發植物的防禦系統。我們推測蔗糖環境濃度 0.5%、1%、2%及果糖濃度 6%時可以促進植物的防禦機制。我們認為可能是植物偏好蔗糖,所以發展出使用蔗糖作為危險信號。然而,在感病實驗中,我們卻發現使用 2%蔗糖條件處理植物根部及葉片,並不會增加植物的抗病性。

Sequentially bidirectional gastrovascular flows in highly branched digestive tracts of panocerid flatworm

Examination of the predation behavior of polyclad flatworms is extremely rare. This study collects Paraplanocera oligoglena, the most common species in Taiwan. Tank-based feeding experiments reveal that Paraplanocera oligoglena can prey on several species of gastropods, such as sea snails and sea hares. Predation behavior encompasses attack, invasion and ingestion periods. This research pioneers the use of stained clam and static image analysis to observe the highly branched digestive system of flatworms. The sequentially bidirectional flow of gastrovascular cavity is first found in polyclad flatworms by the post-stain active tracking technique. Measuring peristalsis movement in inward and outward directions and segmented movement, the contraction frequencies are roughly the same in subsequent order of given branches. Confirmation is provided that the circular membrane-like muscles within the digestive tract are the main driving force for transporting and mixing food. The food dyeing technology used in this experiment also provides the possibility of future research on food chains in the wild.

探討果蠅神經膠細胞核的遷移機制

細胞核是真核細胞內最大且至關重要的細胞結構之一。其具體位置在各種細胞中可能有所不同。為了深入了解細胞核位置對於細胞功能的影響,我們選擇以果蠅幼蟲眼疊為研究對象,探究細胞核在神經系統發育過程中所扮演的角色。神經系統在生物體中扮演著極為關鍵的角色,包括神經元和神經膠細胞。如果失去神經膠細胞,將導致神經退化或死亡。在我們的研究中發現,神經膠細胞核在其發育過程中會發生大規模的內部移動。為了限制神經膠細胞核的移動,我們利用了果蠅作為研究動物,並應用了果蠅常用的 GAL4-UAS系統和GrabFP技術,這使得我們能夠限制神經膠細胞內細胞核的移動。我們的實驗成功證明,限制神經膠細胞核的移動會影響神經細胞的軸突發育,但不會影響神經細胞 R1-R8 聚叢的發育。未來,我們計劃將 GrabFP 技術應用於研究不同胞器在細胞內相對位置對其功能的影響。

以計算化學探討全取代四氫吡咯酮的不對稱合成

本研究探討之四氫吡咯酮作為一種常用的藥物骨架,其已被發現在多種藥理學方面具有應用價值。本研究所探討的反應結合了文獻中的含氮五元環合成方法以及另一篇文獻當中以雙氫鍵予體催化劑進行不對稱催化的原理,並利用計算化學的密度泛函理論對此反應進行熱力學分析。 本研究共分成四個階段,第一個階段為方法學測試,在此階段我們選定了以 ω-B97X-D 與 B3LYP 兩種方法進行後續實驗;第二階段則分析了本研究探討的四氫吡咯酮的各種異構物,並選定後續進行熱力學模擬的異構物;第三階段分析了此反應在不同溶劑下的可行性, 發現使用低介電常數溶劑(如:甲苯)對於反應可行性有正向幫助;最後一個階段則為催化劑改良,並發現到在催化劑的氫鍵予體旁加上拉電子官能基可降低反應活化能。在未來,我們將更進一步改良催化劑,試圖改變催化劑對各式立體異構物的反應可行性。

利用碳酸鉀作為觸媒對於甲醇解聚聚碳酸酯效能之探討

聚碳酸酯(PC)是一種具有多種用途的材料,廣泛應用在包裝、航空、製作容器等方面,但難以利用常見的方法如燃燒、掩埋等方式回收。 根據本研究結果,利用K2CO3作為異相觸媒,在60℃的溫度下,反應1小時後,成功地轉化出聚碳酸酯(PC)的單體雙酚A(BPA),PC的轉化率可達100%,BPA的產率可達 99.57%。提供了業界一個相較於其它傳統PC解聚法,得以在較低的溫度、較短的反應時間下,利用簡易裝置,即可使甲醇分解聚碳酸酯(PC)的效率高達100%之方法,且相較於傳統同相觸媒解聚法,異相觸媒K2CO3在反應後可以相當輕易的與產物分離並重複利用,因此本研究提供了一種高效率且對環境更友善且更符合綠色化學的聚碳酸酯(PC)回收方法。