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이중슬릿을 통과한 빛의 중첩으로 생기는 무늬와 그 물리학적 해석에 대해서는 잘 알려져 있다. 하지만 전형적인 ‘슬릿과 스크린이 평행한’ 상태가 아닐 때, 어떤 모습을 갖는지는 고등학교 과정에서 가르치지 않는다. 이에 우리는 스크린과 슬릿을 회전시키거나 사이의 거리를 벌리며 다른 상황에서의 간섭무늬가 이론적인 계산값과 비교하여 어떤 양상을 띠는지 살펴봤다. 우리는 이를 간격이 다른 슬릿과 스크린의 상대적 위치를 변화시키며 빨간색, 초록색 레이저를 각각 쏴서 생기는 무늬의 첫 번째 밝은 무늬와 중간의 밝은 부분 사이의 간격으로 측정했다. 전반적인 결과는 공식을 이용한 이론적 값과 비슷했다. 하지만 회전시킬 때에는 예상치 못한 모습이 나타났다. 양쪽에서 간격의 변화가 서로 다른 양상을 보인 것이다. 이처럼 비교하고 원인을 규명하는 과정을 통해 파동의 성질을 더 잘 이해할 수 있었다. 주제어: 이중슬릿, 회절, 간섭 현상
전자 대신 빛 그 자체를 이용하여 현대의 전자기반 컴퓨터의 아키텍처를 모두 구현할 수 있다면 그야말로 빛의 속도의 연산을 달성할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 빛의 회절과 간섭만을 이용하여 저감도의 광학계를 설계하여 Logic Gate, Transistor를 구현할 수 있음을 보임으로써 ALU를 구현할 수 있음을 보이고자 한다. Arago Ring을 이용하여 reliable한 Transistor, And Gate, OR Gate를 전-광학(All-Optical)적으로 설계하고 구현에 성공하였으며, 직렬화를 위한 Amplifier와 같은 광학 소자들도 구현하였다. 주제어: Logic Gate, 간섭, Arago Spot, ALU, All-Optical
본 연구에서는 에너지 하베스팅에 기반을 둔 자성 유체의 발전 효율성에 관한 연구를 통해 최적의 발전 주파수를 추정하였다. 자성 유체는 외부 자기장에 따라 입자 정렬이 일어나는 특성이 있는데 자성 입자가 한 방향으로 정렬되었을 때는 자체적인 자기장으로 인해 전자기유도 현상을 통한 유도기전력의 생산이 가능하다. 자성 유체를 활용한 발전 가능성을 판정하고 유도기전력의 크기를 유추하기 위해서 소형 가진기와 오실로스코프를 활용하여 실험을 진행하였다. 그 결과, 자성유체의 발전 효율은 30Hz 부터 300Hz의 범위 내에서 증가 경향을 보였으며, 300Hz 진동수에서의 유도기전력 진폭은 6mV 정도로 30Hz에서의 12배에 달하는 수치를 보였다. 자성 유체를 활용한 발전기를 지속적인 진동이 일어나는 교량에 설치하거나 댐퍼과 같은 진동 감쇠장치를 대체하여 활용할 수 있을 것이다. 주제어: 자성유체, 에너지 하베스팅, 자성유체 발전기
이 연구는 물체의 반발계수 및 물체의 충돌 시 속도가 어떻게 변하는지에 대한 연구이다. 서로 겉면이 다른 물체를 충돌시켜보고, 수직 방향, 수평 방향 각각에 대해 충돌 시킴으로써 이들이 반발계수와 어 떤 관련성이 있는지 알아낸다. 그러나, 위의 경우는 상당한 오차를 가지고 있었기에 일반적인 강체 두 개를 충돌시켰을 때 충돌 전후 속력이 질량, 충돌 속력, 가속도의 여부에 따라 어떻게 다른지 분석하 고, 충돌 전후 속력이 이론적으로 구하는 경우와 어떻게 다른지 분석한다. 주제어: 반발계수, 진자운동, 가속운동, 충돌, 물체의 운동 예측
평소 신발끈이 있는 신발을 신고 다니다 보면 신발끈이 풀리는 것을 경험한다. 그런 불편함에 대한 원인을 찾고자 신발끈이 풀리는 이유와 그 과정에 대해 알아보았다. 선행 연구에서 신발이 땅에 닿는 순간의 가속도에 의해 생긴 힘이 신발끈을 당겨 신발끈이 풀린다는 것을 알게 되었고, 신발끈의 가속도에 따라 매듭이 풀리는 모델을 제시하고 실험을 통한 검증을 거쳤다. 본 연구에서는 더 나아가 신발끈의 가속도, 묶인 힘, 지면의 탄성에 따라 신발끈이 풀리는 정도를 연구하였다. 본 연구에서는 일정한 가속도로 상하 운동시키는 장치를 제작해 신발을 지면에 충돌시켰고, 이 장면을 초고속 카메라로 촬영해 Tracker 프로그램으로 가속도를 구했다. 신발이 지면과 충돌하는 횟수를 세어 신발끈이 풀릴 때까지 신발이 지면과 충돌한 횟수를 비교하였다. 실험 결과는 가속도가 빠를수록, 묶은 힘이 약할수록, 지면의 탄성이 작을수록 신발끈이 풀리기 더 쉽다는 것이다. 신발끈이 풀릴 때 가속도가 클수록 힘이 풀리는 방향으로 크게 작용하므로 풀리기 쉽고, 신발끈을 묶는 힘과 지면의 탄성이 클수록 신발끈이 풀리지 않도록 하는 신발끈의 최대 정지 마찰력이 커져 풀리기 어려워진다. 주제어: 가속도, 마찰력, 충격량, 묶는 힘, 지면 탄성
분필 칠판을 사용하면서 분필 가루에 의해 재채기를 하거나 눈의 통증을 호소하는 경우를 보았으며 칠판 받침대가 있음에도 불구하고 분필 가루가 바닥으로 다량 떨어져 불편함도 느꼈다. 이와 같은 문제점들을 해결하기 위해서 분필을 잡는 길이와 분필을 쓰는 위치를 변경해 가며 분필 가루가 어떠한 방향으로 떨어지는지 확인하고 분필 가루의 분포도를 분석하여 바닥에 분필 가루가 떨어지는 것을 최소한으로 하는 새로운 칠판 받침대의 형태를 설계하였으며 추후에 제작할 예정이다. 주제어: 저속에서의 종단속도, 미세입자 운동
국내에서 층간소음 문제는 개인적 문제를 넘어서 사회적 문제로 심화되어 왔다. 이에 따른 원인으로는 바닥 건축물이 충분히 방음을 하지 못하기 때문이다. 비교적 최근에 지은 건축들은 강화된 방음 법률에 따라 건축하여 층간소음 문제에 덜 민감하지만 오래된 공동주택과 같은 경우에는 이러한 문제가 심각하다. 따라서 본 연구는 층간 소음을 해결할 방안을 바닥 마감재와 관련하여 연구함으로써 고찰한다. 바닥 마감재의 총 두께에 따라 경우를 나눠 바닥 마감재의 종류, 배치 등의 여러 요인을 종합하여 차음 성능을 평가하고 실생활에서 층간 소음을 막는 데에 유용히 쓸 수 있는 경우를 찾는 것이 목표이다. 또한 차음 성능을 평가할 때 음압 레벨을 아두이노 소리 센서를 이용하여 거리에 따른 음압 레벨을 측정함으로써 소리 투과율을 측정하고 이에 따른 소리 임피던스를 계산하여 차음 성능을 정량적으로 나타낼 것이다. 주제어: 층간소음, 바닥 마감재, 소리 투과율, 임피던스, 아두이노 소리 센서
의수의 높은 비용으로 인해 필요한 모두가 사용할 수 없음을 깨닫고 이를 간이 엑소스켈레톤을 활용하여서 개선하고자 하였다. 팔뚝에 근전도센서(EMG)를 부착하여서 아두이노회로를 통해서 값을 불러온 후 손의 움직임과 불러운 값을 비교하면서 움직였다고 판단할 수 있는 값 즉, 역치값을 설정하게 된다. 이후 조건문을 사용하여 현재 사용자의 움직임으로 인한 근전도센서(EMG)값이 역치값을 넘었는지 판단을 한 후 제작한 팔 모형에 부착된 실을 서보모터가 돌리라는 명령을 내리게 된다. 이러한 형태를 다양한 부분에서 개선을 한다면 보다 완성도 높은 엑소스켈레톤 형식의 의수를 사용할 수 있을 것이다. 주제어: 엑소스켈레톤, 의수, 근전도, 아두이노
지름 방향으로 압축할 수 있는 원통형 완충계가 우리의 관심사였다. 이론적인 예측을 하고, 다양한 실험을 통해, 우리는 어떤 변수가 원통형 완충계의 '탄성계수'에 주요한 영향을 미치는지 확인할 수 있었다. 또한 완충계의 구조적 장점을 이용하여, 특이한 압축된 길이/장력 관계를 갖는 구조물을 설계할 수 있었다. 주제어: 원통형, 용수철, 선형근사, 감쇠
우리는 바큇살의 개수가 5~7개인 바퀴가 많은 이유가 디자인적인 측면뿐 아니라 바큇살의 개수에 따른 최대 지지 하중의 효율성 또한 작용하였을 것이라고 생각하였다. 그래서 이 가설을 검증하고 가장 효율적인 바큇살의 수를 찾기 위하여 본 연구를 수행하였다. 3D 프린터를 이용해 바퀴 부품을 출력하고, 이쑤시개를 바퀴살로 삼아 바퀴를 조립하였다. 이것을 차체에 연결하고, 추를 차체에 담은 후 차체를 경사면을 따라 굴렸다. 바퀴살의 개수에 따라 바퀴살이 부러지게 되는 최대 하중을 측정하고 이것을 그래프로 나타내어 분석하였다. 바퀴살의 개수와 지지 하중은 정비례 관계가 나왔지만 실제로 측정한 이쑤시개 1개가 버틸 수 있는 하중과 그래프의 기울기를 이용해 구한 이쑤시개 1개 당 하중이 크게 다르다는 결론을 얻었다. 주제어: 바퀴, 최대 지지 하중, 바퀴살
본 연구는 칠판에 그려지는 dotted line에 대한 연구이다. 선행연구 결과 dotted line은 stick-slip 현상과 관련이 있다는 것을 알게 되었고, 우리는 stick-slip 현상에 대한 물리적 특성을 분석하고자 하였다. 연구 목적으로 칠판과 분필 사이 마찰력 탐구 및 dotted line이 그려지는 동안 분필의 운동 특성, 힘의 작용점에 따른 영향 등을 알아보기 위한 실험을 진행하였다. 이를 위해 실험 장치를 제작하고, 초고속 카메라를 이용하여 운동을 분석하였으며, 칠판 표면과 분필 사이의 힘을 정밀하게 측정하기 위해 MBL 장치를 활용하였다. 그 결과 우리가 이론적으로 배웠던 강체에서의 마찰력에 대한 특성과 분필에서의 마찰력은 차이가 있음을 알게 되었고, 분필에 작용하는 마찰력에는 여러 요인들이 복합적으로 작용하나 특정한 물리량들이 유의미한 패턴으로 측정됨을 확인하였다. 주제어: dotted line, stick-slip, 마찰력
본 연구에서는 경기북과학고등학교에 설치된 COREA Detector System을 이용하여 2차 우주선을 검출하고, 수집한 데이터를 시간에 따라 분석한다. 우주선 검출 기간의 기상환경을 알아내기 위해 기상청에서 제공하는 지역별상세관측자료와 학교에 설치된 기상장비의 데이터 간의 상관관계를 분석하여 기상청 자료를 보정하는 일련의 방법을 제시하였고 자료를 보정하여 이용하는 데 있어 신뢰성을 검증하였다. 우주선 검출 과정에서 우주선 입사량에 영향을 주는 기상환경을 통제하기 위해 알고리즘을 설계하고 C언어를 이용하여 프로그램을 제작하였다. 기상환경 통제 알고리즘을 적용하여 기상환경이라는 변인을 보정한 우주선 입사량의 시계열에서 Forbush Decrease를 관찰하였다. 한편 Forbush Decrease에 관해 연구자들이 내린 정의와 학계에 보고된 Forbush Decrease의 사례를 고려하여 Forbush Decrease를 정의하였으며, 우주선 입사량의 시계열이 이 정의에 부합하는지를 검토하는 Forbush Decrease 탐색 및 판정 알고리즘을 설계하고 순서도를 제시하였다. 주제어: Cosmic Rays, 우주선, 기상변수, Forbush Decrease