全國中小學科展

臺灣

親疏有別—水滴在親疏交錯界面之運動現象探討

當水滴碰撞親疏交錯界面,直線、弧線及螺線親疏線條決定了水滴鋪展收縮的對稱形態與受力,研究發現水滴有分割、彈跳、移動、旋轉等多樣化運動現象,接著以此基礎提出「水滴移動猜想」並且驗證成功水滴置於 繪有親水弧線道的疏水振動平板上,會因為持續的不對稱鋪展收縮產生了振動-移動現象,且和水滴大小、振幅頻率、親疏線型、平板材質、張力黏度、角度…有關。本研究亦嘗試控制水滴使其產生繞圓周、直角過彎、 爬坡下坡等現象,更測試出「懸吊」水滴的振動-移動。最後,針對其形態、受力加以分析,提出模型予以解釋。

西瓜鮮不鮮?熟不熟?手機告訴你!

夏日經常看到市場的阿公阿嬤在拍瓜聽音選瓜,令人疑惑拍西瓜真可選中好吃的西瓜嗎?正巧六年級的自然課中學到音叉敲擊時的聲音振動及頻率高低關係,引發我們的聯想:可以應用AI人工智慧的聲音辨識技術來正確辨識西瓜的新鮮/成熟度 ,甚至利用手機 App進行有效判別嗎? 本研究中發現: 1) 不同位置的果肉,甜度也會有所不同;不論大小顆,西瓜中心果肉是最甜的部份;2)西瓜的密度與西瓜甜度無明顯相關;3)冬天西瓜放置兩週(成熟)可能達到最佳甜度,放置四週(過熟)甜度則大幅降低 。 本研究有兩項設計:1)製作一款固定敲擊力量的敲擊器;2)全國首創西瓜新鮮/成熟度辨識App,可以讓消費者方便地用手機即可挑選成熟好吃又甜的西瓜,這是本研究最大貢獻。

綠手指的好幫手—水龍捲噴瓶效能之研究

我們在照顧陽台的盆栽植物時,發現加壓噴瓶無法完全噴灑到盆栽的每一個角落,因此研發了「水龍捲噴瓶」,並希望將本產品應用在大樓陽台以外的花園、菜園或草坪。本研究中我們主要探討影響水龍捲噴瓶的噴灑範圍面積的因素,以及如何讓它的噴灑範圍最廣,最有效率。我們比較了一般市售的加壓噴瓶與我們改良的水龍捲噴瓶,發現水龍捲噴瓶的噴灑面積較大、可較快速的將瓶內的水噴完,且讓植物得到足夠的水份。除此之外,它也是一個不需插電、不需接水管的節能省水裝置。根據實驗後的結果,我們有了以下發現:放置噴瓶的位置愈高、噴瓶加壓次數越多產生瓶內的壓力愈大、水管長度愈短,水龍捲噴瓶的噴灑面積就愈大。

轉吧~風動陀螺

我們曾於網路影音平台中看到有趣的風動陀螺影片,激起我們想進一步研究風動陀螺無限旋轉的秘密。本文主要針對「扇葉設計、陀螺配重、循環扇」三個部分探討:發現(1)風動陀螺扇葉長度影響轉速但沒有改變穩定度(2)風動陀螺寬度會影響陀螺轉速與穩定度(3)扇葉形狀以圓形最佳(4)當傾角位置為1cm角度15度時,陀螺轉速最快且旋轉穩定(5)於陀螺中心配重或配重於扇葉下方都能提升轉動穩定度(6)限制陀螺旋轉範圍,半徑越小轉速越快但越不穩定(7)當循環扇中央遮風板半徑大小改變時會影響陀螺轉速與穩定度(8)陀螺與循環扇的半徑比會影響轉動穩定度,最佳範圍在0.5~0.8。

不酚青紅皂白

自配1%酚酞酒精溶液,在進行微型酸鹼顏色判斷時,會因為酸鹼溶液與指示劑之間比例問題,造成酚酞溶解度下降而出現白色混濁,造成顏色誤判;(1%酚酞酒精溶液/酸性水溶液)比值在pH=1、2之HCl水溶液產生白色的範圍依次為1.1~10.3、1.3~10.0;pH=1、2之H2SO4水溶液產生白色的範圍依次為1.4~15.0、1.8~10.0。0.1%、0.5%、1%酚酞在pH=14之NaOH水溶液,均可觀察到粉紅色褪色為無色;pH=15則因出現白色混濁,無法清楚判斷變色;0.5%酚酞在pH=-1的HCl、H2SO4可觀察淡淡橙色。0.07~0.6M的NaOH在0.01M酚酞中的褪色動力學,褪色反應隨著NaOH濃度增加而變快,可以得到反應速率常數k=0.032M-1s-1。而在NaOH溶液中加入酒精,酒精含量越高的情形下,會使得褪色的反應速率變慢;若改加入丙酮,反應速率差異不大。

神奇魔法牆-尋找最佳氣泡牆模型

近年河川或海上塑膠垃圾與油汙對環境造成傷害,解決環境污染備受重視。近期荷蘭用-大氣泡屏障,成功將塑膠垃圾阻攔,因此我們興起了「尋找最佳氣泡牆模型」。本研究目的為:分析「氣泡牆形狀、氣泡間隔以及氣泡大小」是否影響攔阻效果。結果發現:1.凹向水源300弧線氣泡牆攔阻效果最佳;2.氣泡越小間距越小,攔阻效果越好,此與荷蘭研究員論點相呼應;3.相較於形狀固定的塑膠垃圾,形狀會變的油汙較難攔阻;4.具厚度氣泡牆,攔阻效果更勝多道獨立的氣泡牆;5.「緊鄰的兩道300弧線氣泡牆」的攔阻效果是目前我們所做的模型中效果最好的。因此我們建議,未來在實際運用氣泡牆攔阻汙染源時,可採用此模式解決環境污染問題。

懶人吃早餐-懸吊繩骨牌驅動機構煎蛋機之研發

如果一醒來,就有一顆熱呼呼的太陽蛋在盤子中等你,多幸福啊!於是懒得早起的我們想自製自動煎蛋機。首先我們先研究太陽蛋的美味祕訣是220度煎5分鐘,接著再分析人工煎蛋的動作,以人因工程的概念,參考魯布•戈德堡機械結構原理,藉著懸吊繩機構,將煎蛋區分為九大步驟。分別為1倒油動作、2止油動作、3敲蛋動作、4倒蛋液動作,5回收鋁箔滑梯動作,6滑板鏟蛋動作,7槓桿盛蛋離鍋動作,8平移蛋後斜板入盤動作、9撒胡椒動作。且利用熟悉的骨牌驅動機構完成此連續且自動化之機構,最後藉著滑輪機構而能手動回收落下的骨牌,且利用定位點機構,將骨牌放置在定位處,使整體煎蛋機機械能重複下一循環動作,確實達成生活應用之實質功效。

「馬陸」三寶-探討小紅黑馬陸的棲地、動物行為與族群生態

台灣原生種小紅黑馬陸棲息在潮濕腐質土。齡數愈接近成蟲,棲息土壤的位置愈深。喜愛棲息在落葉層下的腐質土,呈叢生分布。成蟲有正趨地性、負趨光性。隨齡數增長,複眼避光程度漸增。成蟲對水的耐受度較幼體高。馬陸遇乾燥性粉末會迴避,對具刺激味道的植物較不會迴避。驚嚇時身體捲曲呈圓環狀或出現排泄行為。成蟲不會因土壤震動而從土壤中外出活動。成蟲發生期在夏初,喜愛食用腐爛的水果。步足數目=(體節數) X4-18。族群中雄性占19.8%,雌性占80.2%。夏末時交配最頻繁。眼為複眼,幼體五齡前,單眼數目的三角形底邊與齡數有規則關係。幼體期約一年,蛻皮八次後為成蟲。族群的生存曲線屬於平均死亡率型。蛻皮前體色變淡,呈螺旋狀蛻皮。

調查與飼養臺灣扇角金龜(Trigonophorus rothschildi varians )~翅鞘顏色會改變的原因探討

臺灣扇角金龜是臺灣特有種的鞘翅目昆蟲,體色多變像閃亮的寶石,多生長在海拔一千公尺的森林裡,我們想要揭開此種特殊生物的生物行為,進行生態調查。為了觀察在土團中產卵孵化情形,我們將牠們帶回實驗室,模擬拉拉山環境條件進行飼養,完成兩代的生活史。鞘翅實驗中,發現太陽照射後顏色會改變,在覓食、求偶、躲避敵人等不同情況時,鞘翅顏色會改變,我們分析並歸納結果。將鞘翅固定在360度尺規,每30度改變角度觀察顏色變化,發現鞘翅顏色在一天中都有週期性變化,翠綠色和橙黃色鞘翅,改變日光角度後將呈現黃色;藍紫色鞘翅,改變日光角度後將呈現深藍色,當光強時呈現金屬光澤時,具有刺眼、隱蔽效果。

「纖」來變「膜」術

本研究主要是利用農業廢棄物-稻殼,浸泡在檸檬酸或飽和石灰水後,所得酸或鹼液再加入明膠溶液中,可有效提升防水性。實驗結果發現:在4.0%的明膠溶液20公克中,加入甘油0.5mL、酒精1.5mL,再加入浸泡稻殼粉 3小時後的20%檸檬酸液2.0mL,所得最佳配方作為噴劑,噴灑在濾紙上並用培養皿盛裝,放在冷氣房中晾乾, 可讓水滴開始滲透的時間延長,接觸角加大,防水效果明顯提升。 最佳配方噴劑噴在水果上,可有效延長水果的保鮮期;噴在日本水彩紙上,其堅韌度、耐熱溫度皆可提升, 製成各式防水紙容器,經一天後滲水率、滲油率明顯下降。驗證本作品是具有用量省、方便用、成本低的可食性噴劑塗料,期待能取代市面上的塑膠淋膜,還給地球一個乾淨的環境。