國際科展實況
蔡老師指導的科展不勝枚舉,列舉2012年台灣國際科學展覽參展案例,以供大家參考:
探討水的力量對大自然的影響及其防治之道
摘要
為了探究「水的力量」對大自然的影響,本組以 抽水馬達、水位控制器、連通管、三通開關、大塑膠盆及電子秤等儀器,組成 「水流沖力控制儀器」。實驗中:測得 水位高度和水速平方成正比,而與出水口孔徑大小無關;以直立電子秤測得 水的沖力與水速平方成正比;利用小石頭製成河床,並以密度與石頭相近的正立方體鋁塊受水流沖擊,推測出沖走 鋁塊的最大重量和水速四次方以上成正比;利用陶土混水製成不同密度的泥漿, 模擬土石流的流動情形。此外,設計了 梯形、倒梯形、河壩、倒河壩及丁壩等五種不同減速模組,測試發現 河壩型河道最能減緩水流速,明顯地降低水流的沖擊力;改做不同階梯密度的減速模組,並以軟體Tracker輔助分析,得知低密度階梯減速模組因為水流狀態的情形,所產生的減速效果最佳。
Abstract
In order to explore the impact of the water power on nature, our group assembles a water flow momentum regulator with a pump motor, a water-level regulator, a communicating pipe, a three-way cock, a big plastic tub and an electronic scale. The major findings of this experiment are summarized as follows. First, the height of the water level is proportional to the square of water velocity, that is not related to the size of the outlet aperture. Second, the force of water flow is proportional to the square of the water velocity. Third, the maximum weight of aluminum block which could be washed away is proportional to the fourth or higher power of the water velocity. Besides, the flow of landslide is simulated by mixing potter’s clay with water to make mud of different density.
In addition, five different velocity reduction modules, including trapezoidal, inverted trapezoidal, river dam, inverted river dam and spur dike, are designed. In this experiment, we observe that the river channel of river dam geometry is the most efficient to decrease the water flow velocity and reduce the impact of the water flow. Moreover, we examine the velocity reduction devices of different step density and analyze with the software Tracker. We observe that the velocity reduction modules of the trapezoidal with low step density produce the best effect to reduce the water flow velocity.
壹、前言
一、研究動機
民國98年8月的莫拉克颱風,連日豪大雨不停的沖刷,導致南台灣山區大規模的地層滑動、路毀橋斷,造成土石流,使得南部各地受到重創。今年日本東北地震引發的巨大海嘯,大量海水沖擊沿岸居民建築物,造成房屋倒塌流走及生命財產嚴重損害。基於這樣的現象,水的力量真的如此巨大嗎?本組想藉由此次科展的機會來研究水流速度與沖擊力的關係,並嘗試模擬土石流的情形,研究不同密度液體的水流力量。並思考如何降低水的流速,以減少水流對自然生態的破壞。
圖1-台東太麻里慘遭土石流淹沒
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圖2-海嘯重創日本
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二、研究目的
為了探討土石流沖擊石頭的力量,先利用簡單的理論模型推導水的流速與沖力的關係,及固定流速下所能推動石頭的最大重量,再著手設計實驗,並將實驗結果與理論相互驗證。
陸、結 論
每當颱風或大雨一來,連日豪大雨不停的沖刷,山區大規模的地層滑動、路毀橋斷,造成土石流,湍急的河流可以沖垮橋墩,帶走巨大的石頭,從電視新聞就可以看見很大的石頭被大雨沖下山谷。本研究模擬大雨時河水的流速很大時,究竟能沖走多大的石頭。為了瞭解這個問題,我們設計了幾個實驗,研究水位高低與水管流量和流動速度的關係,研究高低水位對不同水管大小流速的影響,並且研究不同水速度的沖擊力量。本實驗研究有幾項重要的結論:
歷年指導全國科展成績表
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