탭 버튼을 선택하면 분야별로 볼 수 있습니다.
최근 지구 온난화 문제가 대두되며 풍력 등 여러 대체 에너지원이 각광받고 있다. 이에 본 연구 에서는 여타 풍력발전기와는 다르게, 태풍 등에서 나타나는 비교적 높은 풍속에서도 유효한 발전이 가능한 마그누스 풍력 발전기의 효율성을 높여 신재생 에너지의 보편화에 이바지하고자 한다. 전체 반지름과 원기둥 셀의 반지름 사이 비와 풍속에 따른 토크 변화의 경향성을 CFD로 분석하 였으며 제작한 발전기를 사용하여 CFD의 결과가 현실에서 유효함을 검증함과 더불어 CFD를 통해서는 측정이 불가하였던 풍속과, 원기둥 셀의 반지름, 각속도의 세 가지 변인들에 대한 실험을 진행하였다. 데이터 분석 결과, 풍속이 커질수록 전체 반경이 감소하고 셀의 각속도가 증가하는 상황에서 효율성이 증가하는 경향성을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과를 바탕으로 우리는 마그누스 풍력 발전기에서 풍속 변화에 따라 셀의 각속도와 R의 크기를 점진적으로 높이거나 낮추는 등 효율성을 개선하는 방안을 제안하였으며, 길이를 조절하는 회전팔의 기작 설계, 풍속 변화에 따라 적합한 각속도를 지정하는 알고리즘 제작 등이 후속 연구로써 진행되어야 할 것이다. 주제어: 마그누스, 풍력발전기, 지구온난화
로봇팔로 종이컵과 같은 약한 물체를 들어 각종 산업 분야의 생산성을 증대시키기 위해 본 연구 를 진행하게 되었다. 이 연구를 통해 물체를 들어 올리는 메커니즘을 알 수 있었고, 물체를 들어 올린다는 것에 대한 정의를 내릴 수 있었다. 이를 바탕으로 로봇팔이 물체를 들어 올리는 알고리즘을 구현하였고, 이를 직접 실행해 보았다. 압력센서를 사용해 강체와 변형이 큰 물체에 대해 질량에 따라 물체를 들 수 있는 최소 압력을 측정하였고, 이를 관계식으로 나타내어 일반화하였다. 두 경우에 대해 식을 비교하고, 물체를 들어 올린다는 정의에 맞추어 해석하였다. 주제어: 로봇 팔, 종이컵, 압력, 센서, 알고리즘
본 연구에서는 전기 추진 선박의 모터 진동 감쇠를 위한 능동형 감쇠기를 제작하였다. 전기 추진 선박은 모터의 진동이 공명을 발생시켜 큰 진동을 만들어낼 수 있다. 이를 해결하기 위해 모터가 진동하는 가속도를 푸리에 변환하여 가장 기여도가 큰 진동수에 대한 역상의 가속도를 발생시키 고자 하였다. 이 때 진동 감쇠기는 반대 방향으로 회전하는 두 개의 불평형 질량을 통해 수직 방향 진동만 발생하도록 제작하였다. 감쇠기가 가장 기여도가 큰 진동수와 동일한 진동수로 회전할 수 있도록 구현하였으며, 경사하강법을 이용해 가진력의 위상을 측정하고 감쇠기의 작동 시간차를 이용한 위상 조절을 통해 최대 진동수 피크가 57%까지 감소함을 확인하였다. 가진력의 진폭에 대한 피드백도 가능하다면 감쇠율을 더 증가시킬 수 있을 것이다. 주제어: 선박 진동, 진동 감쇠, 전기 추진 선박, 편심 질량기
클라드니 현상은 정상파가 진동하지 않는 마디 부분으로 입자가 모임에 따라 정상파의 마디를 육안으로 관측할 수 있게 되는 현상이다. 2차원 평면에서의 정상파는 반사파가 여러 방향에서 발생 하기 때문에 1차원 정상파와는 달리 예측하기 힘들다. 또한, 클라드니 도형은 진동판의 성질에 의해 결정되므로 진동판의 재질과 두께, 모양 등의 변인에 의한 영향 또한 분석해야 한다. 실험분석 결과, 실험에 사용된 진동판의 가장자리에서 자유단 반사가 일어나므로 직접파와 반사파가 서로 반파장의 홀수 배 만큼의 경로차가 나는 진동수에서 정상파가 형성되며 동시에 전체 진폭의 합이 0이 되는 지점에 마디가 생기는 것으로 분석하였다. 또한, 특정 클라드니 도형은 판의 모양이 같을 때 항상 나타나며, 판의 두께와 재질에 따라 그것이 나타나는 진동수가 달라짐을 확인하 였다. 주제어: 클라드니 도형, 정상파, 마디, 이차곡선
현대 문명에서 가장 중요한 것은 전력을 생산할 수 있는 자원, 즉 에너지원이다. 근래까지 인류는 유한한 자원을 에너지원으로 사용해왔고, 이제 이 자원들은 곧 고갈될 위기에 처해 있다. 이러한 상황에서, 버려지는 에너지를 낭비하지 않고, 모아서 전기에너지로 변환해 사용하는 기술을 하베스팅 기술이라고 한다. 정전기를 이용해서 전기 에너지를 만들거나, 압전패드를 사용하여 밟으면 전기가 생산되는 타일 등에 대한 연구도 활발하게 이루어졌다. 우리는 본 연구에서 패러데이 법칙을 이용해 손목에 착용할 수 있는 팔찌 형식의 발전기에 대해 연구하였다. 걸으면서 전기를 생산할 수 있게 되면, 전자기기를 충전하는 등 여러 가지 기대효과가 있을 것으로 예상된다. 주제어: 에너지 하베스팅, 진동, 패러데이 법칙, 에너지 생산
솔레노이드와 자석 사이의 전자기 상호작용, 특히 고교 내용에 포함된 전자기유도와 렌츠의 법칙 을 탐구하여 심화된 수식을 기반으로 구체적인 솔레노이드와 자석의 전자기 상호작용을 예측하고 심도있게 이해하고자 하였으며, 이를 활용하여 실험을 진행하였다. 자석을 하나의 솔레노이드로 두고 자석을 다양한 조건에서, 가령 위치를 여러 곳 이동시켜 단진동을 통한 비교 및 측정 실험 을 진행하였다. 이 실험을 통해 자석을 솔레노이드로 간주하는 새로운 관점의 데이터를 확보하였으며, 자석과 솔레노이드의 상호작용을 정량적으로 해석하여 심화 유도한 수식이 고교 수준에서 설명하는 전자기 상호작용과 얼마나 부합하는지를 비교 및 확인하였다. 또한, 심화된 수식을 이용 하여 솔레노이드를 이용해 페러데이 로테이터나 솔레노이드 벨브, 모듈레이터 등 다양한 분야에서 활용되는 값들을 정량적으로 분석하였다. 주제어: 솔레노이드, 자기력, 전자기유도, 렌츠의 법칙
본 연구는 철사로 만든 ‘ㄷ’자형 사각형 틀의 열린 부분에 실을 연결하고 비누막을 생성시켰을 때, 실이 표면장력에 의해 중력의 반대 방향으로 올라가는 신기한 현상의 관찰로부터 시작되었으 며, 이 현상의 원인과 실의 높이에 영향을 미치는 요인들에 대해 탐구하였다. 비누막의 특성에 대한 사전 탐구를 수행하였으며, 분석 결과를 토대로 넓이가 동일한 다양한 형상의 틀을 제작해 실이 올라간 높이를 측정하는 방식으로 연구를 수행하였다. 그 결과, 실의 형상은 실 윗부분의 비누 막의 무게 분포와 관련 있다는 점을 확인할 수 있었다. 해당 연구는 비누막 등의 박막의 특성에 대해 더욱 이해할 수 있게 해주어, 코팅 등 박막을 활용하는 기술에 활용될 수 있을 것으로 예상 된다. 주제어: 비누막, 표면장력, 실의 장력, 무게, 극소곡면
본 연구는 시각 장애가 있는 학생들이 물리학에서 빛의 회절 실험을 진행할 수 있도록 시각 정보 를 청각 정보로 전환하는 연구이다. 조도 센서를 통해서 빛의 세기를 측정하고 그 크기에 비례하 는 진동수의 소리를 내보내서 시각장애인들이 소리의 높낮이를 통해 빛의 세기를 역으로 추정할 수 있게 설계하였다. 또한 시각장애인이 소리의 변화를 가장 잘 느낄 수 있는 슬릿 조건의 한계 제안하여 에너지 차이가 적게 발생해 구별이 되지 않는 경우를 방지하였다. 주제어: 시각장애인, 빛, 세기, 청각
예전 타코마 다리가 고유진동수로 인한 공명에 의해 무너졌다는 글을 본적이 있었다. 또한, OO 엔터테인먼트 건물도 공명에 의해 진동했다는 기사를 본적이 있는데 이를 통해 건물과 진동에 대한 관계 탐구를 하여 각 건물이 진동에 어떻게 반응하는지 확인해보기 위하여 본 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 3D프린터를 활용하여 건물 구조를 제작하였고, TIRA vib 진동 측정기를 활용하여 특정 진폭에서 진동수를 달리하며 건물의 구조에 따른 진폭의 변화를 확인하였다. 진동수 는 실제 지진의 진동수 범위인 5~10Hz의 범위에서 변화를 주었고 이를 통해 나온 그래프에 따라 추가적으로 여러 진동수에 대한 실험을 하였다. 초음파 센서, 자기장 센서, 레이저 포인터 등을 이용하여 건물의 진동을 측정하였다. 주제어: 공명, 건물의 구조, 진동수, 진폭, 정상파
본 연구는 비행 도중에 분리하여 최대 거리를 비행하는 비행체를 개발하기 위해 진행되었다. 발사에는 에어 블로어를 활용하였으며, 분리 방법은 압전 소자를 이용한 알코올 건에서 아이디어를 얻어 에탄올 기체를 전기 스파크로 폭발시키는 방식을 채용하였다. 전기 스파크를 발생시키기 위하여 전기 모기채의 소자를 활용하였다. 분리 시점은 무선 센서를 이용하여 원격으로 제어할 수 있게 하였다. 비행체는 3D 프린터와 PVC 파이프를 적절히 사용하여 제작하였으며, 에탄올 폭발에 의해 분리가 매끄럽게 이루어질 수 있도록 다단 비행체를 정교하게 설계하였고, 에탄올 폭발로 인해 발생하는 소자의 훼손을 줄이고, 땅과의 충격으로 인한 문제를 해결하기 위한 탐구를 계속 진행 중이다. 또한, 분리 시점을 변화시키며 최대 거리를 비행하는 분리 시각을 확인하는 등 정량적인 분석도 진행할 예정이다. 주제어: 분리형 발사체, 단 분리, 에탄올 폭발, 전기 스파크
본 연구는 ‘판치기’라는 소재를 기반으로 하여 구부러진 판에 충격을 가했을 때 판 위에 존재하는 물체의 회전 정도를 파악해 판치기 게임의 필승 전략을 탐구하는 연구이다. 정량적 실험을 위해 베어링과 봉 등을 이용하여 실험용 장치를 제작하였으며, 이를 이용하여 평면 펄스파를 발생시키 고 지점별 동전의 뒤집힘 정도를 파악하였다. 실험 결과 지점별로 뒤집힘의 정도가 차이가 났고, 이를 이용하여 판치기 게임에서 동전을 효과적으로 뒤집을 수 있었다. 또한, 특정 구간에서 물체의 회전 정도가 급격히 변함을 확인하였으며, 특정 구간에서 물체가 회전하지 않는 것을 이용하 여 여러 개의 동전 중 특정 동전만을 뒤집을 수도 있었다. 연구의 결과는 굴곡이 존재하는 지형 내에 펄스파가 생겨났을 때, 지점별 건축물의 피해 발생을 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 보인다. 주제어: 판치기, 회전, 펄스파
이 연구는 빨대로 컵 바닥에 남아 있는 액체를 빨아들일 때 나는 소리를 최소화할 수 있는 빨대 를 설계하기 위한 목적으로 진행되었다. 빨대를 설계하기 전에 어떤 조건에서 빨대의 소리가 제일 작게 나는지 빨대의 길이, 빨대의 두께, 빨대의 모양 등 여러 변인을 조절해가며 빨대의 소리 가 어떻게 변하는지에 대한 실험을 하였다. 사람의 구강구조를 흉내 내어 주사기에 글루건과 실리콘으로 빨대를 연결한 후 수조에 물을 거의 깔릴 듯이 담은 후 주사기로 빨아들여서 Pasco Capstone을 이용하여 평균 데시벨과 피크 진동수를 구하여서 빨대의 구조가 소리에 미치는 영향을 분석하였다. 주제어: 빨대 빨아들이는 소리, 압력, 진동수, 데시벨