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臺灣

影響天燈升空的因素探討

天燈伴隨火源升空象徵人們祈福與祝願,為臺灣重要文化傳承。升空過程,種種因素造成天燈失穩墜落,而燃燒未盡可能引發火災。過去研究多著重於熱源、造型及風阻等影響,卻忽略實地環境風場影響。我們於現地實驗測量天燈升力,後續建立浮力模型、簡易風洞測試和商家訪談驗證。結果發現:天燈飛行的搖擺與熱氣洩漏是影響上升的主要因素,其中側向風速為搖擺主因,地面風場變化更是關鍵。針對分析結果,建議縮小底部開口至原三分之一,可降低56%熱氣流失。另建議設置地面風速監測及管制施放燈號,確保順利飛行至高空。提出「大天燈共乘」構想,提供雙倍書寫空間,耗能僅增約1.37倍,減少回收負擔。成果可作為天燈施放安全與環保政策之參考。

綠色協奏曲~咖啡渣與吸音棉共築板擦機的「無聲潔靜」

本組自製壓克力立體箱,由聲音頻譜分析儀得板擦機頻率580、1160、4060Hz特定聲波,以藍芽喇叭控制上述三種頻率,測試多種吸音材料,研發創新吸音棉+咖啡渣+吸音棉三明治複合材料,展現卓越降噪效果。增加咖啡渣厚度有效減弱聲音,厚度達3.12公分以上,隔音效果不明顯;在3.57公分下,重壓提高孔隙密度,進而從68分貝降至55分貝達13分貝(19%)。 由以上研究結果,設計板擦機外部隔音罩,內部黏貼此複合材料,兼具隔音與防灰逸散功能,從110分貝降至65分貝減45分貝(40%),降噪效果顯著,並申請專利中。研究成果應用在家電馬達,延伸隔音牆建築上。實踐變廢為寶永續精神,展現低成本創新環保降噪解方。

以「蹼」力進─探究蹼足結構對划水推進效能之影響

我們歷經觀察、設計、測試與改良,終於研發出能模擬鴨子雙腳蹼足交替划動、可穩定前行的「第三代機械鴨」。 我們還研發【推進力測量儀】,成功量測鴨蹼划水所產生的最大推進力,並運用 Tracker 軟體分析實驗影片,比對結果高度吻合,證明此測量儀為一個非常可信的實驗工具! 研究中發現蹼足的材質、面積、厚度、划水速度皆會顯著影響推進力表現! 而鴨脛長度與兩蹼夾角亦會影響機械鴨划行的穩定性與效率。在實驗中模擬小鴨列隊划行行為,驗證列隊划行有助於省力推進。 最後利用自行研發「波動感應儀」裝置讓我們以視覺化方式清楚理解鴨蹼划水在不同深度造成的水流動態特徵,是本研究的一大創意與突破。

橢球形柔性氣壓致動器的分析與建模

本研究透過實驗探討橢球形氣球與圓柱形氣球在受力狀態下長軸與短軸伸長量的差異。基於圓柱形氣球所建立的理論與公式,本研究針對橢球形氣球的形狀進行修正,以更精確描述其變形行為。因此設計了兩組實驗。實驗一施加不同負載,測量長短軸的伸長量,分析負載對氣球變形的影響,並與理想圓柱體做比較。實驗二在氣球外包覆編織網,觀察編織網對氣球在不同負載下伸長量的作用。通過比較兩組實驗結果,研究負載與編織網對氣球長短軸伸長的影響,進一步推導出相關的數學關係式。此關係式能有效描述氣球在不同形狀下的變形行為,為氣壓驅動柔性致動器提供更完善的模型,能提升實際應用中的控制精度與效能,促進其在機械、醫療器械等領域的發展與應用。

波中「針」意-電阻測量法應用於水波傳遞的探討

傳統水波干涉現象一般使用光學方法進行觀測,本實驗透過自製研發水波的電阻測量儀進行水波波速測量、水波干涉的波群現象及水波峰值衰減模式探討。水波週期差約10ms以下時,水波干涉使水位電阻產生波群現象,波群週期約為3.5秒。GGB模擬結果,波長差會影響波群的形成。振幅變化不會直接影響波群出現,波長差越大或太小,波群越不明顯。糖水濃度低於28%,不同波長的糖水波群週期、峰值衰減不隨糖水濃度改變,推測液體衰減性質與液體本身(水)的性質有關。透過水道內2組水位電阻測量儀,追蹤水波波峰或波谷經過探針時間,能準確有效的測量水波波速,結果顯示水位越深波速越快,與理論公式趨勢吻合。

神秘的三角格局:塗色規則下的奇幻案圖

本研究在探討數學雜誌《Crux Mathematicorum》2024年公告的題目MA 288.所產生的方格紙圖案分布的規律。我們先解開該題,並透過繪製與分析不同大小的圖形,觀察圖案的規律,並利用此規律求出第 𝑛 列及前 𝑛 列綠色方格數的遞迴關係與一般式。 我們發現在𝑛×(𝑛+1) 的方格紙中,當𝑛為2的次方時,綠色方格圖案會形成一個類似謝爾賓斯基三角形的完整三角形,且每當𝑛增加2的1次方時,綠色方格圖案會利用自我複製的方式形成新的圖案。因此可以把𝑛轉換成二進位的表示法,利用二進位中1的位置與數量推論出方格圖案的樣貌與綠色方格數。 除了利用塗色的方式觀察規律外,本研究還將原問題條件轉換成不同的敘述,方便利用excel繪製圖案,將問題推廣到𝑛×𝑚方格。

「果」然有酒,過剩水果的發酵新生機

在這個計畫中預計透過發酵作用,將過熟或剩餘的水果轉化為酒精,以實現資源回收與環境保護。我們選擇含糖量較高的水果(如鳳梨、火龍果、柑橘、葡萄等),壓碎後加入酵母菌,在適當溫度下發酵,促使糖分轉化為酒精與二氧化碳。發酵完成後,利用蒸餾法獲得初步的蒸餾酒精。 此外,測試不同水果的酒精產量、溫度對發酵效率的影響,並分析蒸餾後酒精的濃度與產率。我們最終將驗證所得酒精的殺菌效果,探討其應用於日常環境消毒的可行性。由於有效消毒的酒精濃度需達 75%~78%,我們將進行多次蒸餾,提高酒精濃度,並記錄細菌與微生物的活動情況,以確認其可用性。此結果不僅能減少食物浪費,還能運用科學方法將剩餘水果轉化為有價值的清潔資源。

蝦殼與樹葡萄萃取物複合薄膜之特性探討

本研究的目的為使用回收處理後的農業廢棄物製成薄膜,並且以取代含塑化劑、需非常大量時間才能被環境分解的塑膠保鮮膜為目標。本實驗以蝦殼中的幾丁聚醣為原料,並在其摻入不同重量百分濃度的樹葡萄皮萃取液,製備薄膜後進一步對樣品進行特性的檢測。 我們採用ISO 22196方法測試薄膜的抗菌活性;DPPH自由基清除活性測試薄膜抗氧化能力,以及將其放入土壤進行降解能力的測試。實驗結果發現含20%萃取液之薄膜在各項特性測試中表現皆最佳,除卻顏色較深可能無法達到美觀需求外,其能達到的保鮮效果具有最大的潛力。

一天當兩天用—探討縮短光週期對景天酸代謝(CAM)植物之影響

本研究探討縮短光週期是否影響CAM植物的酸週期變化與氣孔狀態,及其對植物生長的影響。挑選常見的絕對CAM植物落地生根、蝴蝶蘭與仙人掌進行實驗。在自製生長箱中,利用Arduino搭配適當元件,設計程式控制光照週期與風扇調節溫度。實驗共分四種光週期,光照(L):黑暗(D)分別為3L:3D、6L:6D、3L:9D與12L:12D(單位:小時)。結果發現葉片汁液可滴定酸濃度與氣孔開閉大致上隨光週期變化,但不同植物的最佳生長光週期不同。顯示縮短光週期對不同CAM植物的影響不盡相同。其中蝴蝶蘭在光週期6L:6D的生長速度優於對照組自然界中光週期12L:12D。而光週期3L:9D蝴蝶蘭24小時獲得總能量只有別組的一半,但葉片長度增加量超過其他組的一半,推測能量利用效率較佳。

棋盤中放入最多骨牌數及方法數探討

本研究改編自2015 EGMO P2,探討在𝑛×𝑚的棋盤中放入最多的1×𝑡或𝑡×1的骨牌,並使得每一個𝑡×𝑡還有空間再放入一個骨牌的方法數。原本題目是𝑡=2,𝑛=𝑚為偶數的情況。於是我先從𝑡=2開始研究,推導出(1)𝑛,𝑚皆為偶數、(2)𝑛,𝑚一奇一偶、(3) 𝑛,𝑚皆為奇數的答案。接著再推廣到(4)任意的𝑡且𝑡∣𝑛=𝑚的結果。最後再討論(5)𝑛,𝑚分別為𝑡的倍數、模𝑡餘1的數,或其他 數等不同可能性得出的不同答案。