全國中小學科展

臺灣

凌波微步-漂、浮體於振動液面之運動狀態探討

本報告旨在探討不同形狀的物體在振動液面上的運動現象,通過改變物體形狀、漂與浮的狀態,及實驗時的振動條件,觀察物體的行為,並以液體表面張力、漂體與液面夾角的變化、振動模式與流場狀態解釋。研究發現:疏水性漂體因表面張力漂在振動液面上時,其重力會造成液面凹陷,由於漂體形狀對稱性質與質量分布差異,造成各端點與液面夾角不同,液面為漂體提供不同方向與大小的作用力,並產生不同的流場,使其移動與轉動,其(角)速度受液體種類、振幅、頻率、漂體質量影響。此外,在振動液面上移動的漂體與其他漂、浮體間會因為液面狀態互相影響產生交互作用力,進而出現吸引、排斥、繞圈的現象。

「鹽」值擔當 水生生態池的永續經營

本研究透過開發板Micro:bit和ESP32以及AI辨識技術,創建了一套自動監控和調整水中鹽值的系統,有效監測並管理學校新建的水生生態池,實現其永續經營。設計理念希望水生生態池「生生不息」, 研究過程中找出現有的水生植物的相互影響,發現了不同水生植物影響水中的鹽值程度不同;而且不同的植物配對對水中鹽值程度影響也有差異。最後設計出一個平衡系統與監控機制,讓學校的水生生態池可以長久存續。

飛揚的繩圈

我們利用繩圈發射器研究繩圈在不同速度下的運動及形狀。假設繩圈只受重力、空氣阻力、張力作用,且發射器和繩圈接觸點張力為零,我們發展出計算繩圈受空氣阻力、張力的方法,且張力的理論值和實際值極為接近。我們認為,繩圈的速度越快,空氣阻力使繩圈整體向上抬升,使繩圈變得狹長,但繩圈末端的曲率與張力出現極大變化,相較於空氣阻力,張力對末端的形狀有更重要的影響。而在高速下末端會出現特別的凹陷現象,我們認為是末端的繩圈,受到的張力及空氣阻力,使末端各部份具有向後之加速度,使各段減速導致繩圈形狀發生凹陷。在這個過程中,張力的重要性遠大於空氣阻力,因此我們可以說,繩圈的末端是被自己拉過去的!

百無一漏

研究探究找出最適合的漏水偵測器與安裝在最適合的位置,完整的系統智能邏輯判斷可以知道每個用水裝置的狀態或哪段水管發生漏水。模仿臺灣3房1廳1衛浴水管竣工圖自製家用水管路實驗模型,作品的Arduino偵測到漏水,優先自動開啟水管上的常開型電磁閥,停止水供應,再透過無線通訊方式傳訊息到屋主手機APP,明確告知屋主是哪段水管漏水。搭配電磁閥自動停水方便維修人員區域性維修,不需要整間屋子停水。藉由自製一套與臺灣水管竣工圖相同等級的作品實體雛形,進行各種不同的使用情境測試、記錄和分析後得到重要且有效的實驗結果。實驗結果證明本作品可以解決任何位置漏水的費時費力查修問題,並且提早停止繼續供水達到水資源環保不再浪費。

探討阻尼球對高樓的減震效果及影響

地震這項話題一直是我們在注意的,尤其更身處於板塊交界帶上,地震成為重要的課題,近年來有許多研究在對地震進行更地研究深入。本研究的目的在探討阻尼球置於不同的樓層高度後,施以人為震度後對建築物的減震及影響,我們自行製作地震台、建築物、阻尼球,並用Tracker拍攝搖晃的情況、用Phyphox APP紀錄加速度,將數據匯出程式並做出分析。 實驗結果顯示,對應對壓換算最小地震級數為3級,最大為5強。而每個地震級數都有對應較佳放置阻尼球的樓層。且將阻尼球放置在房屋模型6分之3處帶來的減震效果最佳,而其他情況仍有加裝阻尼球造成加速度增加的情況出現,而在能量轉移的過程中多為高層樓轉向低層樓居多。

樹樹如遇-最佳可視化金屬樹與可視化氧化還原

我們的實驗是極微型綠色化學實驗模組:放在自製拍攝台上、使用手機拍攝倍率5.0倍、載玻片與蓋玻片中間夾0.025mm厚的純銅片、陰與陽兩電極相距10.0mm、陰極上有一高度2.0mm底寬2.4mm的等腰三角形、兩極切割時儘量減少毛邊,加入0.1毫升1.00M的硫酸銅水溶液、通9.0伏特的直流電壓、通電時間210秒內, 就可完成錄影實驗觀察。本實驗可觀察到最佳化的可視化金屬樹生長、最簡易與快速化的可視化氧化還原反應,每次使用反應的溶液量,比一般使用量縮減率200倍以上,其成本低、易操作、立即性 (9秒內就可看到)、可視化、效果明顯、趣味性強、微距的實驗過程與結果,是改進化學在金屬樹實驗及氧化還原反應實驗觀察的重大突破。

太陽能板發電效益之研究

我們想探討學校的太陽能板是否有效益,學校的太陽能板皆是傾斜6度且按屋頂的面向方位架設。我們使用2W的太陽能板做實驗,從太陽能板特性曲線發現:在室內、室外發電功率最大的電阻分別為3900與28.8歐姆。而光強度越強,電壓電流越大,在可見光範圍內,光的波長對發電效益並無顯著影響。接著,我們設計不同傾斜角度、面向方位對太陽能板發電的影響,發現最佳傾斜角度是讓太陽可以直射太陽能板;我們自製太陽能板旋轉裝置,發現轉動的比固定面向南方傾斜30度的發電功率大。學校太陽能板安裝的優先考量為無遮蔽物,在北部,夏季的發電功率最佳,夏季時傾斜角度很小,面向方位對太陽能板的發電功率影響不大,傾斜還可以排水以及清除灰塵。

雀屏中選 — 母孔雀魚的交配偏好

本研究主要了解(一)人工培育孔雀魚交配偏好、(二)人工培育孔雀魚與野生孔雀魚的交配偏好是否有所不同。透過觀察母魚選擇不同體色或不同熟悉程度的公魚,了解母魚的交配偏好。有以下幾點重要發現(1)對於各種不同體色的母魚而言,牠們沒有偏好特定體色的公魚;(2)在熟悉彼此體色的個體間,母魚偏好與自身體色相同的公魚;(3)熟悉度對母魚的交配偏好有顯著的影響,不同體色的母魚有相似的偏好,不熟悉的公魚最受偏愛,其次是熟悉的稀有公魚,熟悉的常見公魚最不受青睞;(4)人工培育母魚交配偏好比野生母魚更為強烈,暗示有較強的性擇作用(5)人工培育的母魚會偏好較鮮艷的人工培育公魚,而野生的母魚沒有較偏好人工培育或野生公魚。

「卡最電」---運用卡門渦街共振進行發電的研究

1.彈性體彈力係數在卡門渦街效應中會變化,代表受力相同下,形變量改變,利用卡門渦街共振發電有節能效果。 2.系統渦街頻率為0.76Hz,測量阻流體後方1倍球體直徑處頻率為0.86Hz,2倍直徑得f=0.79Hz,與理論計算相近,證明有卡門渦街效應存在。最佳的組合直徑4cm、弦切角度30度半球形阻流體,有風時k(彈性係數)=6.61N/m,無風時k=11.46N/m。在6.5cm的彈簧座上,放置射流完全發展階段,距離出風口縱向距離15cm橫向距離3cm(15cm/s)處,共振晃動軌跡為橢圓形。 3.阻流體模組在卡門渦街共振下頻率變小,共振效應有穩定阻流體運動穩定性。 4.卡門渦街發電裝置的發電功率為較課內實驗的發電功率穩定,其體積與質量都較輕巧化,有發展潛力。

由紅螯螳臂蟹的趨光性探討高美濕地護蟹生態廊道之設置

在現代社會發展和生態保育衝突的氛圍下,設置生態廊道、幫助動物活動已成為社會文明程度的指標之一。本研究對台中市高美濕地的紅螯螳臂蟹之趨光性進行實驗,企圖建議設置生態廊道,用以解決大約30%的路殺機率之危機。我們在8~9月的繁殖季節,用Y字形迷宮和各色人工光源,對200隻以上的紅螯螳臂蟹進行趨光性和通道尺寸研究。結果發現:此蟹種極愛趨近1 Lux以下的紅光、不喜歡藍光,這和其他蟹種差異頗大。此外,此蟹種的運動喜歡截面積大約15 × 15平方公分的狹窄通道、也和當前的一些設計不同。這些結果對於護蟹生態廊道之設置極為重要。我們為高美濕地建議了一個生態廊道設計案、兼顧生態、教育、觀光的需求,並且符合SDGs的發展目標。