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臺灣

四海聲頻—具近用性之水下聲音頻率測量系統建立與Phyphox軟體測量值規律探討

本研究自製消費性電子產品為基礎的水下聲音頻率測量系統,並探討不同變因對測量效果的影響。希望透過設置簡易且普及性高的器材,解決目前水下聲音測量儀器近用性低的問題,讓海洋噪音汙染相關研究可以更為普及,促進環境科學數據的收集效益。本研究使用Phyphox軟體分析頻率,發現音源頻率遞增時頻率差有規律的變動,於是深入探討頻率差成因並使差值最小。最後將此系統應用於實際水下聲音頻率測量,觀察聲譜的頻率分布特徵,辨識顯著背景噪音並驗證其實用性。

2012-2022年桃園6-8月平地與山區熱對流降雨之異常探討

本研究利用中央氣象局觀測資料查詢系統中的2012-2022年6-8月雨量及逐日平均溫度資料,將桃園市的12個氣象測站數據輸入excel中,做成長條圖或趨勢圖並解讀。發現根據十年來每年6到8月的平均逐日溫度分布情形,都市熱島效應可能發生於桃園測站附近,可能及於中壢及八德。逐日平均溫度上升趨勢以龍潭測站最高。A型午後熱對流降雨雨量上升趨勢以中壢測站最高。山區的熱對流降雨雨量與逐日平均溫度上升趨勢,與平地或海邊測站相比都有不及的情況,推測造成平地與山區熱對流降雨降雨量的異常變化有可能與都市熱島效應有關。

旋轉奧秘-吸管抽水之原理探討

這項研究針三角形狀吸管製成的簡易水泵進行探討。通過將三角形吸管浸入水中並繞垂直軸旋轉,水可以通過吸管流出。研究的目的是瞭解幾何形狀和其他相關參數對體積流率的影響。在理論模型中建構以旋轉座標系描述流體相對運動的方法。且考慮了外部力矩對控制體積的總和以及通過控制表面的角動量流動速率。在實驗中先以紅外線探測器連接至Arduino找出不同幾何條件產生抽水現象之邊界條件。再以可記錄數據之電子天平量測質量對時間關係,以得出不同幾何情形之體積流率。再以水滴之拋射距離得出最終速度,其中最終速度是指水流出吸管時的速度,以探討相關變因對其影響。數據分析中以Visual Studio Code和Python繪出擬合線與理論線進行比對,得出推導理論與實驗是相符合的。

檢測奇招-從愛玉出發

本研究是以機械取代手工製作愛玉凍,以及開發自製食品質構儀的過程。起因於想製作衛生的愛玉凍改以機械製作並維持流程不沾手。為了比較愛玉品質研發自製檢驗食品質構儀。利用不同的攪拌刀具和機械方法製作愛玉,並與手工製作的愛玉品質進行比較。結果是調理機搭配鈦網刀頭,只需2分鐘,即可做成優良的愛玉。整體 流程快速衛生品質與手工愛玉不相上下自製質構儀經過改良,並與市售電子式質構儀比較驗證。在檢測同樣的愛玉時結果口感 數據接近、整體趨勢相符,具有相當的可信度。最後再以質構儀檢測其他性質的市售食品,同樣可以測得物理特性並分析出口感!證明它可以廣泛運用在其他食品上,完成新型手動質構儀開發。

「膠」給我–環保創新熱熔膠乾式膠帶

本研究製作出不殘留、具黏性可承重又可重複使用的乾式膠帶。實驗一到四,使用科技海綿刮CD片後,塗上脫膜劑,脫膜劑陰乾後擠上圓球形的熱熔膠,等10秒後將熱熔膠壓扁,可以製作出分布最均勻且具承重量的乾式膠帶,而脫膜劑會影響乾式膠帶的承重量。實驗五到八,找到不需使用脫膜劑就能提升乾式膠帶承重量的方法,等量的熱熔膠用玻璃片把熱熔膠壓得越薄,乾式膠帶面積越大,承重量就越大;在乾式膠帶上用錐子戳越多小孔洞,可提高承重量,平均承重量可達846.9g/cm2。乾式膠帶適合黏貼在平滑、光亮的材質上,除了可以懸掛重物,還可用來固定保鮮膜和打開塑膠袋口。本作品和歷屆作品比較具有乾式膠帶製作時間最短,水洗後可重複使用及可自行回收再製的優點。

磁鐵物理擺阻尼振盪之探究與應用

當以磁鐵做為擺錘的物理擺,並讓它在金屬面附近作週期振盪,經由實驗量測與理論擬合分析發現,本裝置會因電磁感應而在金屬面上產生渦電流,並對擺產生阻尼作用,其渦電流阻尼力是空氣阻尼力的18.4倍,進而使物理擺較快停止。進一步研究,發現渦電流阻尼作用力大小亦與金屬片材質、厚度、擺與金屬距離、磁鐵強度等因子相關,再者,因金屬的集膚效應,渦電流大小在金屬內的分布會隨著深度而呈現指數衰減;且此大小會受到金屬層間隙或是金屬面的不完整而進一步劣化。最後針對「減震」研究,經由磁鐵物理擺產生的總阻尼力以消除物體的振動能量增益達112%,較同質量的物理擺增益亦達25%,可實現較輕質量塊的物理擺式阻尼器在建築物防震領域上的有效應用。

魔法懸浮-若隱若「線」

張拉整體結構是透過繩索等提供張力,讓堅固的結構在看似無支撐的狀態下維持懸浮與平衡,實驗中透過在尼龍繩上裝設彈簧,觀察平衡時張力大小,以及外力或移動中心支撐繩位置對於平衡和張力的影響,並嘗試將中心繩換成電磁吸盤,觀察維持平衡所需的電壓範圍。由實驗結果得知:1.平衡時每條繩子的張力大小,會受到結構重量以及質心位置影響;2.從側邊額外施力時結構會傾斜,以曲柄所在的側邊施力影響最小,平衡最穩定;3.移動中心繩會使支點改變,使中心繩靠近的繩子張力變大,整體結構傾斜;4.以電磁吸盤當中心繩時,提供足夠電壓(6V以上)可維持平衡;以上實驗結果可以做為張拉結構的繩索材質、結構設計以及可承受外力的參考。

鳥媽媽的巧思

鳥巢裡有n隻小喜鵲與1隻小斑鳩。小喜鵲分別編號1~n,小斑鳩編號0,這n+1隻小鳥圍成一圈,等待喜鵲媽媽的餵食。喜鵲媽媽餵食過程會遵守以下規則:當餵食完編號X的小鳥後,會順時針往下X個位置餵食下一隻,而餵食過程中若餵到小斑鳩,小斑鳩會將食物吃光。 本研究除了找出原題的三個答案外,並探討以下五個問題。 一、1隻小斑鳩和n隻小喜鵲按照0、1、2、3……順時針圍成一圈時,從哪一隻開始餵食,會讓最多的小喜鵲吃到食物? 二、承一,吃最多份食物的小喜鵲,吃了幾份食物? 三、重新安排小喜鵲的位置,使得每隻小喜鵲都能吃到食物。 四、承三,將小斑鳩的數量增加到m隻。 五、將研究結果運用於--值日生的安排、小組報告的順序……。

「蜈」可取代的多腳魔王-探討長足衛蜈蚣的型態與生態行為

長足衛蜈蚣Rhysida longipes是台灣常見的蜈蚣,棲息在潮濕、陰暗的隱蔽處或泥土與腐植土,族群為叢生分佈。春夏季是成蟲交配與產卵高峰期,生存曲線為平均死亡型。幼蟲蛻皮八次成為成蟲,由頭部往尾部蛻皮。體長與棲息土壤深度呈正相關。少水土壤會鑽入較淺的表土層,無水土壤會鑽入較深層。氣溫過高或過低,棲息在深層土壤。喜愛捕食會動的昆蟲,耐餓程度高,會清潔步足、觸角。有趨地性、負趨光性。成蟲對水的耐受度比五齡幼蟲高。最喜愛棲息在腐木高保濕性的遮蔽物。小型棲地,蜈蚣領域重疊度高,打鬥頻率最高。主場蜈蚣容易攻擊客場蜈蚣,將入侵者視為競爭對象,有較高的領域防衛行為。大型蜈蚣攻擊小型蜈蚣次數較多,在咬合與攻擊對方時較佔有優勢。

「爆粒」美學—以AI探討爆米花脆感測量與提升之研究

為尋找兼具「酥脆」與「軟韌」多層次口感的爆米花製作方法,我們自製了標準化脆裂度測試儀、觀察碎片飛行方向與距離的靶紙,並使用人工智慧技術與視覺化統計方法,來研製最佳的烹飪方法。實驗中歸納發現以450 度作為烹飪溫度時,若一口咬下爆米花所產生的碎片在口中飛行距離約1.7cm,碎片截面積大致是0.65 cm2、且碎片數量為八片左右,則可獲得較酥脆的口感。反之,若一口咬下的碎片大於原始面積的25%且在口中飛行約1.2cm,則能獲得較軟韌的口感。而在這烹飪手法下放置三分鐘再食用,則更能獲得層次豐富、酥脆軟韌交會的口感。實驗中我們還發現了能將「脆」與「韌」的統計差異性視覺化的「體積飛行球」工具,它能幫助我們直接「觀察」到何謂好吃的爆米花!