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탄성체를 계속해서 잡아당겨 탄성한계를 벗어나면 소성변형이 일어나며, 원래 상태로 돌아가지 못하게 된다. 본 연구에서는 PASCO 측정장비와 직교로봇, 모터를 사용하여 용수철이 가지는 고유의 특징을 알아내고, 용수철의 탄성계수와 탄성한계 사이의 관계에 대해 탐구하고자 한다. 우리는 이번 연구를 통해 용수철에서 0.2% offset이 성립하는지 확인하였고 용수철의 내경, 자연길이, 탄성계수와 탄성한계와의 관계를 알아보았다. 주제어: 탄성 한계, 탄성 계수, 응력, 변형률, 0.2% offset
이 연구는 풍동실험 장치 속에서 회전하는 공에 작용하는 마그누스 힘을 측정할 수 있는 장치를 개발하고, 이를 활용하여 풍속, 회전수, 공의 반지름을 변화시키며 공에 작용하는 마그누스 힘에는 어떠한 차이가 있는가를 알아보는 것이다. 이를 위해 마그누스 힘 측정 장치를 고안하여 고정틀을 3D프린터를 활용하여 제작하고, 모터의 회전축이 공의 중심을 통과하도록 연결하여 고정틀에 고정하여 힘센서에 부착하고, 풍속과 회전수를 조 절하며 힘센서로 마그누스 힘을 측정하였다. 힘센서로 측정한 값 중에 마그누스 힘을 제외한 다른 요인들을 보정하여 분석한 결과 0.1kgf의 정밀도 내에서 유의미한 값을 측정할 수 없었다. 다만, 공의 회전하기 전과 후에 공기 흐름 변화의 관찰을 통해 마그누스 힘의 방향을 확인할 수는 있었다. 주제어: 마그누스 힘, 풍동실험, 베르누이 원리
진동을 이용해 전력을 생산하는 하베스터 중에서 단일 진자를 활용했을 때 다중 진자의 특정 조건에서 더 큰 전력을 생산할 수 있는 것으로 나타났다. 기존의 이중 진자를 이용한 시뮬레이션에서 일정 진동수 조건에서 진자 팔의 길이비와 진자의 무게 비를 조절하였을 때 최대의 전력을 생산할 수 있는 모델을 제안하였다. 이에 진자의 개수가 많은 다중진자 하베스터에서 더 큰 전력을 생산할 수 있을 것이라 예상하였고 시뮬레이션과 실제 실험을 통해서 최적의 다중진자 모델을 제안하려 하였다. MATLAB을 이용하여 다중 진자의 특정 길이비와 질량비에서의 전력 생산량을 시뮬레이션하고 실제 실험을 통해 전류값과 각속도의 변화를 측정, 이를 이용해 최대 전력을 생산할 수 있는 진자 팔의 조건에 대해 연구하였다. 주제어: 다중 진자, 최대 전력, 진자 팔 길이비
이 연구는 에어포일의 최대두께 및 그 위치와 양력 사이의 상호 관계를 규명하는 연구이다. 곡률 반지름을 일정하게 하여 최대두께 및 그 위치만이 변인이 되도록 하는 직접 설계한 에어포일을 이용하여 풍동실험과 CFD로 데이터를 쌓았다. 이 데이터들을 이용하여 Kutta-Joukowski Theorem을 기반으로 새로운 두께 보정식을 세우고, 데이터에 맞는 매개변수를 세웠다. 이론식은 현재 우리의 데이터에 대해서는 잘 맞는 것으로 보이며, 다른 날개에서도 일부 성립함을 보였다. 이 연구는 간단하게 설계한 에어포일과 NACA에어포일 사이의 관계에서 양측에서 성립하는 식이 간단하게 설계한 에어포일로부터 나타난 것을 보면, 날개에서 가장 중요한 요인이 두께에 관한 요인임을 알 수 있다. 주제어: 풍동, 최대두께, 최대두께 위치, 양력, kutta-joukowski 이론
Upstream Contamination은 부유입자가 존재하는 유체에서 입자의 역류가 일어나는 비직관적인 현상으로 2013년 S. Bianchini에 의해 처음으로 보고되었으나, 아직 관심을 받지 못하여 충분한 연구가 진행되지 않았다. 따라서 본 연구는 Upstream Contamination에 관한 연구의 시작으로 부유입자의 밀도와 유체의 유속에 따른 Upstream Contamination의 발생 양상을 분석하고자 한다. 본 연구에서는 Upstream Contamination이 잘 관측되는 환경을 조성하여 실험을 한 뒤, PVT 알고리즘을 통해 분석하여 현상을 관측하였다. 또, 실험 결과에 맞추어 Euler Method를 이용한 Python 시뮬레이션을 설계하여 여러 유속 하에서의 결과를 예측하였다. 주제어: Upstream contamination, PVT 알고리즘, 오일러 방법, 유속과 입자 표면 밀도
하이드롤릭 점프는 일상생활에서 흔히 볼 수 있는 자연 현상으로 물줄기가 바닥에 떨어지면서 특정 조건을 만족하는 상태가 되면 지면에 서 퍼져나가던 물이 튀어오르는 현상을 말한다. 하이드롤릭 점프는 그 자체가 흥미로운 현상인 동시에 이 현상에 의한 건축물 손상이나 사고 위험이 존재하기에 충분히 연구될 가치가 있다. 현재 이 현상에 대한 연구는 중력보다는 유체의 점성과 표면장력에 의한 현상임을 확인한 수준이다. 하지만 유체의 속력, 점성, 표면장력 등의 변수에 따라 하이드롤릭 점프 양상이 어떤 변화 패턴을 보이는지에 대한 연구는 아직 충분히 진행되지 않은 상태이다. 이에 하이드롤릭 점프에 대한 연구를 통해 유체의 흐름에 대한 이해를 확장하고 하이드롤릭 점프의 양상의 변화 패턴에 대해 탐구하고자 한다. 주제어: 하이드롤릭 점프, 유체의 흐름, 점성, 표면장력
물체의 위치를 측정하는 센서를 변위 센서라고 부른다. 주로 전자기 유도식이 사용되는데, 이 방식은 센서의 상대적 위치에 의해 유도되는 전류를 측정한다. 그러나 이 방식은 외부 노이즈에 취약하다. 그래서 송신기(센서)와 수신기(물체) 사이의 공진 소자를 구성하고 공진주파수의 변화를 통해 거리를 측정하는 센서를 설계했다. 상호 유도에서 결합 계수의 개념을 도입하여 거리에 따른 공진주파수의 변화가 유의미한지를 실험을 통해 확인했고 센서 회로를 직접 제작하여 공진주파수가 나타나는지를 확인했다. 그 결과 거리에 따른 결합 계수가 최대 20cm까지 명확하게 감소함을 알 수 있었다. LC 공진 원리가 센서로 사용하기에 적합하다는 결론을 얻었다. 주제어: LC 공진, 변위 센서, 공진주파수, 결합 계수, 코일
본 연구는 물체 표면의 요철의 측량적 특성들과 마찰음 사이의 연관성을 찾는 것을 목적으로 한다. 물체의 마찰음 연구는 물질의 거시적인 물리량과 관련하여 그간 많은 논문들이 발표되었다. 그러나 마찰은 물체 표면의 요철들이 냉용접하며 일어나는 것임에도 물체 표면의 미시적인 특성과 마찰음 사이의 관계는 많이 연구되지 않았다. 본 연구는 물체 표면의 요철들의 고유진동수를 계산하고, 마찰음을 진동수 별로 분해하여 두 값을 비교하였다. 그 결과 두 데이터 사이의 연관성을 확인하였다. 주제어: 마찰음, 진동수, 고속 푸리에 변환, 요철
본 연구는 ROS 기반의 상용 로봇 시스템의 동역학에 관한 연구이다. 먼저 rethink robotic사에서 만든 Baxter 로봇을 사용하기 위해서 Window가 아닌 다른 운영 체제인 우분투를 사용하였고 우분투 내에서 Baxter 로봇의 관절을 움직여 보는 여러 가지 코드를 학습하고 분석했다. 로봇 행렬에서 회전 행렬, 병진 행렬과 이 둘을 합친 변환 행렬(homogeneous matrix)을 학습했다. 이후 흔히 DH parameter에 대해 학습하여 복잡한 로봇의 변환 행렬을 구하는 방법에 대해 알아보고, Matlab을 이용하여 이를 직접 계산했다. 이를 바탕으로 Baxter 로봇에 대해 이를 적용시켜보는 활동을 하였다. 주제어: Dynamics, Control, ROS, Matlab
이 연구에서는 완전 비점성 유체인 이상적 상황과 대조되도록, 실제 유체의 특성을 나타낼 수 있는 유량계수를 구하고, 유량계수를 통해 중력가속도를 구하는 것을 목표로 한다. 마리오테의 병과 베르누이의 법칙, 파스칼의 원리 등으로 유량계수와 중력가속도를 측정할 수 있는 공식을 만든다. 그리고 수조에 밸브와 관이 있는 형태의 실험 기구를 이용하여 결과를 측정하고, 공식에 대입하여 유량계수와 중력가속도를 구한다. 이 연구는 오직 강체만을 다루는 고등학교 교육과정에 대조적이며, 새로운 방식으로 중력가속도를 측정한다는 점, 형태가 자유자재로 바뀌며 특정한 질량 중심이 존재하지 않는 유체를 비교적 간단한 방법으로 활용할 수 있다는 점이 특징이다. 주제어: 중력가속도, 유량계수, 마리오테 병, 베르누이 방정식
본 연구는 많은 분야에서 신소재로 촉망받고 있는 에어로젤의 물리학적 성질, 특성 중, 아직 이에 대한 명 확한 연구가 있지 않은 에어로젤의 공기 투과도와 흡음률에 대한 연구이다. 에어로젤의 공기 투과도와 흡음률 측정의 간소화된 방법을 제시하고 이를 따라 실험 후, 결과의 타당성을 파악하고 정성적으로 비교하였다. 공기투과도 측정에서, 본래 공기투과도의 정의를 따르지는 않았지만 실제로 투과도에서 비슷한 경향성이 발견되었고, 추후 정밀한 실험으로 발전시킨다면 활용할 수 있는 방법이 될 것으로 보인다. 흡음률 측정에서, 기존의 정밀한 방법을 따르지 않고 간소화시키는 과정에서 정밀함이 중요한 실험의 특 성상 특정 구간에서 오류가 생겨 유의미한 결과를 도출할 수는 없었다. 다만 단순 경향성을 파악하는 것은 개 선을 통해 실현할 수 있을 것이라 본다. 주제어: 에어로젤, 공기 투과도, 흡음률
기계 부품 간 상대 운동으로 인해 마찰 기인 진동이 나타나고 스퀼 소음이 발생하게 된다. 현재까지, 스퀼 소음을 줄이기 위한 연구나 마찰력을 줄이기 위한 연구는 다양하지만 스퀼 소음 발생의 원인이 되는 요인을 분석한 연구는 부족하다. 스퀼 소음은 강제진동에 의한 결과물이기 때문에, 진동 물체의 특성을 표현한다. 따라서, 스퀼 소음의 진동수를 분석한다면, 물질의 표면 특성을 판단할 수 있을 것이라 판단했고 이의 활용범위로 자동차 브레이크 패드를 생각하게 되었다. 따라서 본 연구는 스퀼 소음이 물체의 고유 특성을 나타내는 근거가 되면서 실제 현장에서 이 성질을 이용할 수 있도록 하는 것에 목적을 둔다. 실제, 자동차 브레이크 패드와 캘리퍼 디스크를 실험 장치로 만들기에는 어려움이 있다. 따라서, 규격을 고려하여 킴코 다운타운 300 오토바이의 디스크를 실험 대상으로 설정하여 장치를 제작했다. 실험 장치 제작과 함께, Matlab을 이용하여 여러 가지 소음 샘플을 만들어서 고속 푸리에 변환 시키는 코드를 완성시켰다. 캘리퍼의 압력을 변인으로 하여 주파수 특징을 분석하였고 이후, 디스크의 회전 각속도, 브레이크 패드의 마모도를 달리하며 실험을 진행할 것이다. 주제어: 스퀼 소음, 마찰, 브레이크 패드, 마모, FFT