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최근 농촌에서는 유해조류퇴치용으로 사용되는 독수리 연은 성능이 너무 낮아 날지 못하고 폴대 에 걸어놓는다. 이 불편함을 해소하기 위해 최소요구풍속이 시중의 연보다 더 낮은 연을 찾아보고자 하였다. 본 연구에서는 독수리연을 단순화한 모형으로 풍동실험 장치에서 실험을 진행하였 다. 그 결과, 실의 길이는 풍동장치 안에서 실험할 수 있는 범위 내에서는 크게 영향을 주지 않았으며 수평대각선은 위에서부터 약 33.1%인 위치에 오도록, 날개의 길이는 밑변의 약 1.5배가 되도록 하는 것이 가장 성능이 좋다는 것을 알 수 있었다. 본 연구는 추후 재질에 따른 성능을 실험해보고 유체역학 프로그램으로 실제 대기에서의 성능을 확인한 뒤 현재 판매되는 독수리연을 기반으로 한 모형과 성능을 비교해보는 방향으로 진행될 예정이다. 주제어: 연, 독수리연, 연 날리기, 최소요구풍속, 구조
본 보고서는 푸리에 변환을 통한 클리드니 패턴의 규칙성을 측정하고자 하여 기본이 되는 이론적 배경 조사와 실험을 진행한 보고서이다. 클리드니 패턴 실험에서 푸리에 변환이 미치는 영향과 클리드니 패턴과 파동의 합성의 연관성을 찾아보고자 하였다. 따라서 이 실험을 통해 클리드니 패턴이 파동에 직접적인 영향을 받아 서로의 특징을 가지는 것을 볼 수 있었다. 주제어: 푸리에 변환, 클리드니 패턴, 파동 분석
글자는 인류에게 있어 매우 중요한 의사소통 수단으로 어떻게 하면 좋은 글씨를 쓸 수 있는가에 대해서는 항상 논의가 있어왔다. 하지만 이러한 논의는 정신적인 영역에만 한정되어 있고 물리적인 요소에 대한 논의는 미미했다. 우리는 글을 쓸 때의 물리적 요소, 특히 파지법이 필체에 영향 을 주는지 의문이 들었지만 이에 대한 연구는 거의 없는 상황이었다. 따라서 우리는 글씨체를 결정지을 것으로 생각되는 두 가지 요소인 파지법과 움직임을 물리학적으로 분석하여 필체와 연관이 있는지 조사하였다. 이를 위해 설문조사를 통해 좋은 글씨와 나쁜 글씨를 선정하였고 자유물 체도를 그려 분석해야 하는 힘을 파악하였다. 그 후 좋은 글씨와 나쁜 글씨를 쓰는 사람을 대상으로 글씨를 쓰는 과정에서의 힘들의 데이터를 얻었고 이 두 집단의 데이터를 비교‧분석하여 글씨를 잘 쓰는 사람들의 특징을 찾아냈다. 이 연구에서는 좋은 필체를 위한 객관적인 물리적 조건을 제시함으로써 글씨 교정과 관련된 연구의 배경 이론으로써 사용될 수 있을 것이다. 주제어: 파지법, 필압, 필기구 기울기, 글씨 판별
종이접기 기반 메타물질은 변형의 전파를 통해 물성을 조절할 수 있다는 특징이 있다. 이러한 특징은 우주항공, 생명공학 등 다양한 분야에서 변형가능한 물성을 가지는 물질을 설계하는데 활용된다. 메타물질의 변형은 패턴 단위체의 구속조건에서 기인하는데, Miura-ori 접기는 하나의 자유도를 가진다. 따라서 각 단위체에서 특정 각의 변화로 Miura-ori 접기의 변형을 정의한다. 본 연구에서는 Miura-ori 접기를 가로층으로 쪼개서 행렬을 통해 변형의 전파를 분석하는 모델을 제시한다. 이 과정에서 격자의 대칭성으로부터 행렬의 성분에 대한 정보를 얻을 수 있다. PTD가 생성되지 않았을 때, 실험적으로 전파행렬을 얻어내고 이를 활용해 PTD가 생성되었을 때, 변형의 전파양상을 예측하고 검증한다. 주제어: Miura-ori 접기, PTD(pop through defect), 변형의 전파, 감쇠 길이, 격자 대칭성
본 연구에서는 수평 방향 탄성이 있는 플라스틱 컵에 고무막을 고정시킨 뒤 진동시켰을 때 발생 하는 음파의 매개변수 의존성을 분석하였다. 1차 실험에서는 3d 프린터로 PLA 재질의 컵을 제작하여 플라스틱 컵과 비교하였고, 2차 실험에서는 플라스틱 컵을 5종류의 크기로 준비하여 각 컵에 고무막을 연결하고 쇠공을 떨어뜨려 고무막을 1회 진동시켰다. 이때 발생한 음파를 녹음하 고 푸리에 변환을 통해 분석하여 최대 진폭으로 나타난 진동수를 측정하였다. 이를 통해 컵 1~5에 해당하는 최대 진폭 진동수를 계산했으며, 컵의 지름과 높이, 막의 탄성계수 등과 비교해 각 요소의 의존성을 확인하고자 하였다. 최종적으로 본 연구를 통해 수평 방향 탄성이 존재하는 조건에서 고무막의 진동 음파의 컵의 지름에 대한 의존성을 알아내었다. 주제어: 음파, 진동, 수평 방향 탄성, 막의 진동
다리의 안정성은 현대까지도 많은 관심을 받고 있는 주제이다. 이러한 다리의 안정성을 확인하기 위한 단순한 모델의 Cantilever beam을 사용하여서 길이, 질량 분포에 따른 감쇠상수를 측정할 수 있었다. 감쇠상수와 더불어, 평균진동수와 진동수 대역을 구하여서 어떠한 진동수를 감쇠시킬 수 있는지를 구할 수 있었다. 주제어: Euler Beam Theory, 공진현상, 연성진동
본 연구는 수력도약 현상에 대한 단순화 모델의 이론적 분석과 실험적 이론 성립 및 증명을 다룬 다. 표면에 수직으로 떨어지는 유체가 만드는 수력도약 현상과 수력도약 반경 및 도약 후 유체의 높이를 단순화 모델을 이용하여 정량적으로 구하였다. 바탕이 되는 모델을 제작하고, 이를 이용하 여 기존 유체의 높이가 증가할 떼 수력도약 현상에 대한 새로운 모델을 제시하였으며, 이를 실험 적으로 보완 및 검증하였다. 유체가 떨어지면서 수면이 높아질 때 수력도약 현상이 사라지는 과정을 분석하고자 바탕 모델을 발전시킨 새 모델을 만들고, 이론적으로 예측하였으며, 그 임계조건 을 예측 및 검증하였다. 본 모델을 통해 복잡한 수력도약 현상을 단순화시켜 정성, 정량적으로 분석하였다. 주제어: 수력도약, 수력도약 반경, 단순화 모델
이 논문은 피마자유 속 쇠구슬들이 전기장이 형성된 공간에서 한 전극으로부터 다른 전극을 찾아 가는 듯한 자기조직화 현상에 대한 규칙성을 보여준다. 페트리 접시 속 구슬들이 중심 전극으로부터 밖의 원형 전극으로 이동할 때 전기력과 점성 저항력의 영향을 받아 가지 모양을 띠게 된다. 이 논문에서는 이 가지 모양에 대한 규칙성을 탐구하였다. Tracker를 이용해 시작 각도, 분기점 거리, 분기점 각도 등을 측정하고, 여러 변수들에 대해 그래프를 그림으로써 경향성을 탐색했다. 결론적으로 전압과 원점에서 가장 가까운 분기점까지의 거리에는 양의 상관관계가, 시작 각도와 원점에서 가장 가까운 분기점까지의 거리에는 음의 상관관계가 존재함을 알 수 있었다. 이와 같은 현상이 일어나는 원인을 해석하기 위해 여러 가설을 설정하고 검증 실험을 진행했으며, 이 현상이 일종의 ‘느린 전류’에 의해 발생함을 확인했다. 주제어: 자기조직화, 무작위, 규칙성, 전자기력, 복잡계, 전류
본 연구는 전자기 유도 기반 스위치를 이용한 에너지 하베스팅 기술을 제안하고, 고안한 스위치 를 설계 및 제작하여 에너지 발전량을 측정하고 이에 미치는 여러 조건을 고려하여 가장 효과적인 구조를 제안하였다. 단방향으로 짧은 거리를 눌렀을 때 발생하는 자성체의 극 방향 변화로 전자기 유도 효과를 이용, 전력을 생산한다. 제작한 스위치가 단방향의 상하 동작으로 생산할 수 있는 에너지의 크기를 고려하여 전자기 유도 기반 스위치의 적절한 적용 분야를 제시하였다. 주제어: 진동 에너지 하베스팅, 전자기 유도, 전자기 유도 기반 스위치
편광 현상을 이용한 간섭계가 존재하지만, 광로를 조절할 수 있는 간섭계 중 편광 현상을 이용한 것이 존재하지 않는다. 유리나 플라스틱, 광물 등의 물질들은 어느정도의 복굴절을 띄게 되는데, 복굴절 간섭계를 이용한다면 레이저를 통해 이들의 두께를 측정할 수 있게 된다. 간섭계에 두 개의 편광판을 적용함으로써 편광현미경과 같은 구조의 광학계를 제작하였고, 간섭 방식 또한 기존의 볼록렌즈를 사용하는 방식이 아닌 두 개의 슬릿을 이용하는 방식을 채택하였다. 이후 두 개의 편광판이 이루는 각도와 시료의 각도에 따른 간섭무늬의 변화와 생성 여부 등을 조사하였고, 이를 통해 본 간섭계를 광물 등의 특성 조사와 암석 박편의 두께, 특성 등을 조사하는 데 사용될 수 있다는 결론을 내렸다. 주제어: 간섭계, 복굴절, 굴절률
유체의 사슬 모양 흐름은 일상생활에서 자주 접할 수 있는 현상이다. 직사각형 구멍을 통해서 빠져나오는 유체의 흐름을 분석하기 위해 바닥에 직사각형 모양의 구멍이 뚫린 아크릴 용기를 이용하였다. 이후 글리세린 수용액을 이용하여 유체의 동점도, 구멍의 길이비와 넓이, 유체의 압력 등의 물리량들의 변화에 따라 어떻게 변화하는지에 대해 영상을 촬영하여 데이터를 추출한 뒤, 정량적인 분석을 진행하였다. 동점도와 사슬 모양의 길이는 선형으로 비례하는 경향성이 나타났다. 구멍의 가로 세로 길이비와 사슬 모양의 길이의 제곱은 선형으로 비례하였으며, 최대 최소 지름 의 비는 일정하게 나타났다. 또한, 압력과 사슬 모양의 길이는 선형으로 비례하였으며 구멍의 넓이와 사슬 모양의 길이 역시 선형으로 비례하였다. 주제어: 유체, 흐름, orifice의 모양, 동점도, 표면장력
풍성 사구는 바람에 의한 모래 입자의 침식, 퇴적이 반복되어 형성되는 모래 언덕을 말하며, 대체 로 바람이 부는 방향으로 움직인다. 본 연구에서는 사구를 기술하는 되먹임 기반 모형 중 모래판 모형을 채택해 시뮬레이션을 제작했다. 그리고 MDE, MDI라는 지표를 정의해 시간에 따른 사구 지대의 변화 양상을 분석했다. 시뮬레이션 결과 사구 지대의 모래가 하나의 거대 사구로 병합되는 양상이 공통적으로 관찰되었으나, 실제 사구 지대의 주기 구조를 암시하는 두 가지 발견도 있었다. 본문에서는 이들을 ‘유사-안정 구간’과 ‘자발적 붕괴’라는 이름으로 설명한다. 주제어: 모래판 모형, 시간 안정성, 유사-안정 구간, 자발적 붕괴, 주기 구조