全國中小學科展

臺灣

流體力學的潛力-卡門渦街現象的探究與應用

本實驗主要在一條整流過的水道中放置一可左右擺動的圓柱狀阻流體。當流體流經該阻流體時,其後方會形成卡門渦街,導致阻流體因漩渦剝落所產生的反作用力而左右擺動。由於此現象是受到卡門渦街剝落而強制驅動,透過觀察此 擺動現象,可測得渦街的剝落頻率 。 本研究進一步探討不同黏滯性液體對阻流體擺動頻率的影響。同時,我們也在阻流體前後不同距離處設置第二個圓柱體,以分析其對擺動頻率與擺幅的影響,最後我們運用我們設計的發電機,來尋找我們運用所想要找到的最佳解。

「杯」請「霧」入——仿生集水表面應用於台灣山區霧氣捕捉研究

本研究探討仿生集水表面應用於台灣山區霧氣捕捉,並聚焦如何為需水性高的植物提升種植水源。近年來氣候變遷導致水氣減少,農作需仰賴額外技術補充水源。藉由模擬沙漠甲蟲圓弧凸起與蜂巢六角形凹槽仿生結構能顯著提升霧水蒐集效率;3D列印不同表面結構的捕霧杯,於實驗室內模擬霧氣環境。進而走入台灣不同海拔地區,驗證各環境條件對捕霧效率的影響。研究發現,陽明山濕度99%風速5.7 m/s環境中,集水效果最佳(32.7g);大雪山高海拔,但濕度低風速變化較大,捕霧量幾近為零,風速及海拔影響顯著;特別在高濕度環境下表現最佳。提出具潛力之補霧杯模型,應用於水資源不足地區,提高需水性植物水源供給,以維護生態多樣性環境。

環遊世界三六形

大部分的作品都是在研究五方連塊和它的特性,本研究特別以三角多連塊以及六邊多連塊為出發點來探討。一開始,我們針對連塊可以擴充的數量來分析,隨著圖形擴充,發現連塊數量、連接邊、V字角會影響總擴充數。接著,蒐集三角多連塊、六邊多連塊,研究它們的周長、角的數量、內角和等幾何性質,隨著圖形發展,發現平角、周角的數量會影響幾何性質的表現。 最後在n階三角形、n階六邊形中,拿走最少個數並找出規律拿法,讓指定三角多連塊、六邊多連塊無法放入n階圖形內。未來,我們希望在更多指定多連塊下,找出各種規律拿法,讓n階圖形呈現更多規律之美。

新住民的美麗與哀愁~探究泰國小紅翅竹節蟲的生存適應妙方

本研究在一年多的人為圈養環境中,以番石榴葉飼養下來觀察、記錄、統計分析後發現:泰國小紅翅竹節蟲在溫度20〜33℃溼度50〜80%照度0〜250Lux之間均能正常成長,卵期約六個月,成長週期283天分七或八個齡別:一齡成長天數約15天,二〜五齡17天,六齡19天,七齡21天,八齡成蟲157天;一生多停駐植株上段就近取食共約4528.96cm²,八齡食量最大,約產下250顆卵但只有少數能發育為成蟲且都是雌蟲,在受干擾時會展開鮮紅小後翅來嚇阻對方。 對於校園植物-芒果等九種均會取食;在日夜顛倒照度置換下,動靜態行為均受光線影響;喜歡攀高取食,同時場域變大即不會發生搶食。 未來可防範未然,規劃外來種昆蟲在大量入侵時的因應,或許可以尋求一種和平共處的生態模式。

自製益生菌-水克菲爾菌生長影響因素之研究

水克菲爾菌是一種可於2~3天內自行培養的益生菌飲品,本研究旨在探討影響其生長的關鍵因素,透過針筒定期測量產氣量,並記錄pH值與最終菌重。結果顯示,富含礦物質的黑糖與椰糖最有助於菌體生長。查閱文獻後推測鈣離子為關鍵因素,進一步實驗亦證實添加鈣粉能顯著促進生長。使用如煮沸放涼的自來水,因富含鈣離子,菌的生長優於其他水源,再次印證鈣離子的成效。此外,當【菌:糖:水】= 1:2:4 時,產量最高。養菌過程建議保持通氣;溫度25°C時菌的生長最佳;菌若曾處於低溫(1℃)或高溫(30℃)環境一週,即使後續置於25℃,其活性仍受抑制。本研究成果可應用於水克菲爾飲品製程條件之優化,提升其品質與穩定性。

「綠」真的能發電?植物發電可行性之研究

全球能源需求日益增加,發展永續且環保的再生能源是當務之急。本研究以「植物發電」為主軸,探討發電與儲電的可行性,期望為綠色能源帶來創新。植物若能有效發電與儲電,不僅具美觀與功能性,更能兼具減碳與供能的綠色解方。 本研究透過系統性實驗,探討不同土壤種類與濕度、植物種類(虎尾蘭、山蘇、黃金葛、常春藤)、混合土壤比例及添加劑(如EM菌、B1維生素、花寶系列)對電壓與電流的影響。結果顯示:泥炭土表現最佳,虎尾蘭電壓最高,虎尾蘭電流最穩定, EM菌能有效提升發電效能。將植物串聯可穩定供電,驅動 LED燈與數位小時鐘,並可儲存至充電電池。 本研究顯示植物發電具實用性與發展潛力,期望未來應用於日常綠能設備為再生能源貢獻新方向。

細「沙」長「流」-探討自製動力沙與史萊姆流動沙

市售動力沙和史萊姆流動沙這類玩具很療癒,我們十分好奇,想以身邊隨手可得的材料製作,透過觀察與動手實作,歸納出動力沙配方:白色沙畫沙、矽膠、玉米澱粉以10:2:1.5比例調出加入顏料,成品特色能壓模、混色及有若即若離感。白膠史萊姆流動沙配方:以140ml溫水與3g硼砂調成硼砂水,用15ml白膠浸泡於70ml硼砂水中製成史萊姆,加入40ml石英砂。膠水史萊姆流動沙配方:調出相同比例硼砂水,用20ml膠水和20ml硼砂水做成史萊姆,加入45ml石英砂。最後添加壓克力顏料、液體食用色素或色粉調出色彩迷人、流動感佳、能混色、塑形、壓模、60g白膠與膠水史萊姆流動沙分別延展 52.5cm與71.7cm,可比擬市售史萊姆流動沙視覺美感。實驗成本低、易操作,動手做玩具的過程非常有成就感!

惜「域」憐「香」--環保天然線香的自製研究

本研究探討自製線香的燃燒特性與環境影響,結果為燃燒速率並非僅受直徑影響,成分比例與製作方法亦為關鍵因素。此外,懸浮微粒濃度並非單純隨距離遞減,而與線香材質相關,部分樣本於100公分處濃度最高。雖然燃燒速率較高的線香未必產生更多污染,但材質對環境影響顯著,特定配方更易造成懸浮微粒擴散。 環境條件亦影響懸浮微粒分布,狹窄場域容易導致淤積。此外,香粉種類影響燃燒性與微粒產生量,並非單純粉末越細或含量越高即提升燃燒效率。部分香粉(如茶粉)需混合適量黏粉輔助燃燒,且不同原料化學性質須深入研究。 本研究亦發現混合香粉能提升燃燒穩定性並降低污染,且其獨特香氣可能源自不同化學成分的交互作用,提供未來配方研發之參考。

誰偷走了玉米的甜?

本研究選用佳穗9號黃玉米探討玉米糖度的變化,利用數位糖度計及無線光與顏色感應器,我們成功建立了一套可以簡單並準確測試玉米糖分及澱粉含量的實驗流程。實驗的結果證實玉米糖分會隨著時間漸漸轉化為澱粉,造成甜度降低、口感變硬;利用冷藏或冷凍保存,則可以延緩玉米老化的速率。 當玉米與其他蔬果一起保存時,會因蔬果的影響,造成玉米老化的更快,甜度降得更低,例如:香蕉、洋蔥等;實驗中利用我們自製的乙烯吸收劑,能有效減少香蕉對玉米的影響,維持玉米的甜度,推論出乙烯是造成玉米老化的原因之一。最後,希望我們的研究可以幫助農民與食品業者優化玉米的保存方式,也可以讓消費者在購買後,能更方便又適當的將玉米保持在最佳狀態!

范氏起電機驅動之靜電風車運動模型探討

本作品係 利用范氏起電機產生靜電,並以電壓驅動標準靜電風車及自製鋁質靜電風車模型。其中標準靜電風車為范氏起電機附帶之零件,而自製靜電風車可改變包含尖端角度,風車半徑與阻力係數。以電鑽增加轉速改變范氏起電機輸出電壓。在各項實驗中分別測量包含電壓,離子風穩定性與轉動角速度。透過參考資料與實驗建立風車系統轉動時的統御方程式。結論包含推力與電壓呈正相關並在尖端角度介於30-45度間有最大推力,半徑影響特徵時間與終端角速度,阻力係數影響轉動方程,使系統分為指數飽和與雙曲正切飽和。最後探討其對空氣中微粒清潔之實際應用。