全國中小學科展

臺灣

沃辛頓射流控制術-不對稱邊界的影響

沃辛頓射流是指物體掉入液體中後,在液體下形成空腔,經由表面張力的作用,空腔收縮並向上噴射的水流。瞭解射流機制與抑制射流引發的噴濺,在機械潤滑與公衛領域是重要的課題。本研究透過空腔與容器的交互作用,影響射流的形成空腔形變會改變表面張力的合力方向,使得局部收縮速率不同,進而影響射流的高度與方向。透過改變空腔兩側形變的程度,我們可以有效控制射流偏移方向,本研究進一步透過自製頂針,讓空腔局部變形,藉此產生射流偏移,證實張力波並非射流偏移的主要因素。本研究的成果,為射流的 研究提供一個新的觀點:空腔弧度大小決定收縮速率與方向,未來可藉此影響空腔收縮,協助科學家降低空蝕現象對機械的破壞。

眼見不為憑~ 探討中央漸層色彩對相鄰色塊視覺及拍照之影響

本研究在康士維錯覺的基礎上,進一步探討中央漸層色彩對其 相鄰色塊影響之行為,並與相機拍照加以比對。首先本組設計不同中央漸層變化圖片,讓20位受試者進行顏色辨識測試,結果發現中央漸層的色彩不僅會對兩側色塊的明暗產生影響,連本身的色彩也會看起來不一樣。再以相機拍攝設計好的圖片,將其存成RAW檔的格式,再以image J程式分析其顏色變化情形,經分析後發現:1、靠近中央亮區一側的色塊確實會變比較亮;2、相鄰兩色塊連接處都會互相包含彼此些許的色彩;3、兩側色塊的顏色會因中央漸層色彩的形式而有所影響,此外、比較兩者結果,具有一致性的發現意謂著康士維錯覺不僅僅只是大腦解讀造成的,還掰和光學及影像處理等問題。

鐵道的翻轉人生

本校位於阿里山之下,鄰近阿里山森林鐵道,我們從小接觸森鐵旅遊,愛上森林鐵道氛圍。從網路新聞中看到有關阿里山小火車翻覆的事件層出不窮。於是利用國中自然課程中學習到有關力學能轉換和數學課程中學習到有關重心的概念。想探討阿里山小火車翻覆情況跟那些變因比較有甚麼特殊關連,因此選用車廂中重心分布情況、坡道的彎曲程度和坡道的高度來做實驗分析探討。 所以我們利用生活科技課程學習到的3D列印技術,來製作不同曲率的軌道,將不同重量的砝碼放在不同滑車的位置上,模擬出不同重量的乘客坐在不同位置的森林小火車上,當滑車行經在不同曲度的軌道時觀察記錄滑行距離和出軌的機率,藉此實驗研究探討森林小火車翻覆情況跟乘客乘坐重心分布情況、坡道的彎曲程度和坡道的高度有甚麼影響。

染料敏化太陽能電池性質研究

本實驗我們主要使用LED燈做為光源來對比接近太陽光波長的白熾燈,並使用碘液對比I- /I3- 電解液。我們發現當二氧化鈦膜燒結溫度在300~450度間以及當二氧化鈦膜面積為5cm2、浸泡於染料時間20分鐘時效果為最好,便在後續變因下維持這些因素。此外,我們也自行萃取出花青素、葉綠素、兒茶素三種天然染料來做比較,並透過太陽光能轉換效率公式計算出電池效率嘗試找尋效果最好的天然植物,後續也以此為根據嘗試了混和不同染料。同時,我們藉由觀測LED燈與近似太陽光波長的白熾燈照射下的結果來進行電池性質的比較。

麥克納姆輪車直線360度全向控制與角度誤差之探討

近年來,餐飲業及飯店業引入自主移動機器人(AMR)提供服務,受到廣泛歡迎。優化移動限制和應用於電動車的可能性成為關注焦點。本研究探索與分析擁有卓越機動性的麥克納姆輪的合力方向,通過數學推導和實際控制方式的驗證,確認其18個方向移動的數學式;同時,針對麥克納姆輪的全向移動進行探討,建立360度直線移動的數學式,並利用ESP32-S單晶片成功實現數學式中速度的變化。此外,分析了不同變因對車子的影響,測試出麥克納姆輪適合的地面材質以及負重。

利用免疫螢光染色探討胞外基質在果蠅老化過程中對生殖幹細胞流失之影響

幹細胞具有自我更新與分化的功能,對於組織修復至關重要,於特化微環境,稱為龕。龕會與幹細胞直接接觸並透過分泌訊息因子維持幹細胞的特性。然而隨著生物老化,龕功能會隨之下降,間接影響幹細胞數量與活性,並導致組織無法修復而衰老。幹細胞如何應對老化龕以及老化對於幹細胞直接影響還不清楚。本研究利用果蠅睪丸生殖幹細胞(GSCs),探討老化對GSCs流失的影響機制。 實驗室研究發現,當公果蠅老化,一種分泌型胞外基質蛋白Perlecan(Pcan)會在GSC與龕周圍積累,導致GSCs無法直接接觸龕而流失。因此Pcan的累積與老化引發GSC流失是直接相關的,然而Pcan是由哪種細胞分泌目前尚未了解。

利用粒線體基因分子資料探討兩棲類物種分類及演化關係

近年來分子資料成為分類物種的重要參考,其中粒線基因體因組成的穩定性與一致性較高而受到矚目,然而學界對於不同基因協助分類的準確度仍意見分歧,因此本研究針對兩棲類物種蒐集其全粒線體基因序列,根據序列資料,利用Genetic Distance、Maximum Likelihood(ML)和 Bayesian Inference(BI) 三種分析方式建構演化樹,觀察分析結果與現存分類方式的吻合度,以推論利用粒線基因體協助分類的效果。單一基因中,16S、12S、ND1、ND5、ND4較能協助準確分類,基因組合則為16S,ND1。此外,藉由觀察所有分析結果發現,三種分析方式中,Maximum Likelihood和Bayesian Inference為準確度較高的分析方式,但以Genetic Distance分析所需的時間較短。

平分天下──網格全等切割之方法數

本作品主要探討在網格上進行全等切割的方法數,並分析其擁有性質,於研究過程中發現當方形網格邊長達到6時,切割路徑會產生「回繞」的複雜情形。因此本次研究由「回繞數」為0的切割路徑討論起,並給予網格分層的定義,依序探討正方形網格、長方形網格、三角形網格及六邊形網格切割成不同等分時的方法數,而後我們再進一步討論正方形網格「回繞數」為1時的全等切割,並利用遞迴式得出切割方法數。 此外在研究中,我們透過排列組合計算出長方形網格在不受回繞限制下的一般式,並嘗試討論立體網格的情形,在增加對「懸空數」的限制下,經計算得出了有趣的結果。

物聯網易上手微型沖板機

本研究的初衷是為了解決找不到適合的墊片為出發點,但是普通的沖床體積過大,為了解決這個問題,我們決定把它變小,並且對現在機械產業常使用的機構方式進行了資料收集和分類其優缺點,最後選擇了肘節機構,理由是肘節機構較適合一些簡單的運動傳輸,開始研究之後我們面臨到一些技術問題及專業問題,例如工件無法配合、沖頭的力量不夠、撰寫程式時出問題等等,經過老師的指導和協助,我們才能解決並學習更多專業知識,後來我們做了許多的實驗,包括沖孔測試和定位精度,且為了保證機台的穩定性,我們必須經過大量反覆的測試,才達到了理想的成果。

「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。