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일상생활에서 옷이나 수건 등을 사용하기 위해 건조를 진행하면 직물 구조가 수축하거나 뻣뻣해져 불편함을 느끼는 경우가 다분하다. 따라서 옷과 같은 직물의 건조 과정에서 수축하거나 뻣뻣해지는 현상의 원인을 규명하기 위해 연구를 진행했다. 건조 과정에서 면의 뻣뻣해짐이 섬유 내 결합수의 존재 때문이라고 한 것을 선행 연구에서 찾았고, 건조할 때 젖은 직물의 수축을 직물 격자에서 물 분자와 원사 간 힘들이 평형을 이루는 상태에서 가장자리부터 물 분자가 증발해 직물 격자 구조를 지탱하는 힘의 평형 상태가 깨져서 일어나는 이론적 모델을 제작하고 실험적 검증을 거쳤다. 적외선 수분 측정기와 건조기, 자연건조를 통해 건조한 시료를 SEM을 이용해 격자 간 거리를 측정해 수축률을 계산하고, 인장강도 측정기로 변위에 따른 하중을 측정해 인장강도 측정기가 직물에 한 일을 계산하고, 함수율 측정기를 통해 직물의 함수율을 측정했다. 실험 결과로 직물의 수축은 자유수가 증발하는 역학적 과정에 의한 모델을 제작함으로써 설명할 수 있었고 직물의 뻣뻣함은 자유수와 결합수의 분포에 따른 직물 격자 구조에서 원사 간 마찰력과 섬유와 자유수 간 인력, 결합수의 존재로 커진 원사의 장력을 고려해 최종 모델을 완성함으로써 설명하였다.
반발계수에 대한 식을 보면 떨어뜨리는 높이와 튀어 오르는 높이가 관련되어있다. 반발계수는 상대 속도의 비율로 정의되는데 이는 곧 운동에너지의 전달율이라고 할 수 있다. 따라서 반발계수는 운동량 보존에 의해 물체마다 일정한 값이 정해져있지만, 공의 경우에는 그 공기압에 따라서 튀어 오르는 정도가 달라지게 된다. 그래서 우리는 반발계수가 공의 종류, 공의 대기압과 어떤 관련이 있는지 확인해보려고 연구를 진행하게 되었다. 슬로우 모션을 사용하여서 물체가 다시 튀어 오르는 높이를 확인하였고 떨어뜨리는 높이와 튀어 오르는 높이를 통한 반발계수의 그래프를 도출해 내었고 그 후, 각각의 그래프를 분석하는 작업을 하였다. 실험을 통해 공기압의 증가에 따른 반발계수의 증가 양상을 확인할 수 있었다. ▪ 중심어 : 공기압, 반발계수, 슬로우 모션, 운동량 보존, 에너지 보존, 상대 속도
학교 물리학 시간에 단순조화운동을 배운 후 진동하는 자도 단순조화운동으로 분석할 수 있는지 의문을 품게 되었음. 자의 진동주기와 자의 길이가 어떤 관계를 갖고 있는지 쇠자와 플라스틱자를 이용해 실험을 하였음. 자에 올려진 질량체의 위치를 다르게 할 경우 주기가 어떻게 변화되는지 쇠자와 아크릴 막대를 이용해 실험을 하였음. 자에 올려진 질량체의 위치를 일정하게 하고 질량체의 무게를 다르게 하였을 때 자의 진동주기가 어떻게 되는지 의문을 품고 이론적 탐구를 먼저 진행해 가설을 세운 후 쇠자와 아크릴 막대 등을 이용한 실험을 하였음. ▪ 주제어: 물리 진자, 진동주기, 자의 진동, 막대의 진동
종이 입체 tessellation 구조중 충격흡수재 활용가능성에 대하여 연구하였다. 격자당 길이와 각도 를 변화시키며 탄성계수를 측정하였음. 충격흡수재가 가져야하는 특정 탄성계수값이 각도와 격자당 길이기 영향을 끼치는지 알아보았고 어떤 조건을 만족해야 하는지 실험을 통해 알아보았다. ▪ 주제어: 종이접기, 충격흡수, 허용하중, 압축, 구조
이 연구에서는 마찰로 소비되던 에너지를 이용할 수 있도록 확장된 풍력 발전 구조를 제안한다. 새로운 구조의 차별성은 실을 이용한 기계적 마찰 최소화와 꼬인 실이 풀리면서 이뤄지는 2차 발전에 있다. 꼬임이 풀리는 에너지를 이용하기 때문에 실의 종류에 따른 비틀림 상수와 장력 등이 조작 변인으로 작용한다. 2차 발전에 의한 전력 생산만을 비교하였을 때, 고무줄이 높은 효율을 보여주었으며 실의 종류와 관계없이 새롭게 고안한 발전기의 효율이 기존 방식의 발전기 효율보다 높음을 확인할 수 있었다. 더 명확한 비교를 위해 바람의 세기가 더 일정하게 주어질 수 있도록 하여 실험을 진행하고 효율의 증가를 위해 수정된 풍력 발전기 모델의 상, 하부에 위치한 실 접합부위에서 일어나는 마찰을 줄일 수 있는 방안을 고안할 것이다. ▪ 주제어: 풍력발전기, 실, 비틀림, 에너지 손실, 기계적 마찰, 전자기 유도
물리 문제를 풀 때 수직항력의 작용점을 거의 항상 물체의 질량중심 아래에 표시한다. 하지만 물체가 빗면위에 있거나 외력이 가해지고 있는 상황에서는 토크 평형을 만족하기 위해서는 수직항력의 작용점 위치가 이동해야 한다. 이러한 이동 거리는 빗면의 각도와 질량중심의 높이에 의존하고 이러한 성질을 이용해 수직항력의 이동 거리를 압력센서를 이용해 측정하여 실험적으로 질량중심의 높이를 구할 수 있음을 확인하였다. 실험적인 결과로부터 아두이노를 활용하여 물체를 올려놓기만 하면 물체의 질량중심의 x, y, z 좌표를 구해주는 장치를 개발하였다. 그리고 이를 응용하여 물체의 가속도를 측정할 수 있는 장치를 고안하고 제작하였다. ▪ 주제어: 수직항력, 수직항력의 작용점 이동, 질량중심, 압력센서
대부분의 물리 서적에 나오는 충격력-시간 그래프는 최댓값을 기준으로 대칭적이다. 본 연구팀에서는 이 부분에 의문을 가지고 연구를 진행하였다. 실험을 수행한 결과 교과서의 그래프와는 다른 개형이 나왔으며, 물체가 되돌아가는데 걸리는 시간이 찌그러지는 시간보다 느리다는 것으로 설명하였다. 그래프의 개형을 분석하던 중 반발계수에 따라 개형이 달라지는지 의문이 들어 추가로 실험을 진행하여 개형을 분석해 봄으로써 의미 있는 결론을 도출하였다. ▪ 주제어: Velostat, 충격력-시간 그래프, 경향성, 반발계수, 충격량
이 연구의 목적은 수벽을 형성하는 방파제의 효과를 탐구하고, 가장 효율적인 형태의 수벽을 형성하는 방파제를 찾는 것이다, 수위 센서와 아두이노를 이용해 넘어간 물에 의한 높이 변화를 측정하고, GoPRO 카메라와 logger pro 3를 이용해 수벽의 높이를 측정했다. 처음에는 일반 방파제와 수벽 방파제의 방파 효율에 대한 탐구를 진행했다. 이후에는 유입구의 높이, 분출구의 폭, 방파제의 천장과 수면 사이의 거리를 변인으로 하여 넘어간 물에 의한 높이 변화와 수벽의 높이를 측정했다. 이후 자료들을 비교하여 효율이 최대인 수벽을 형성하는 방파제의 형태를 찾았다. ▪ 주제어: 파도, 방파제, 유체의 원리, 수벽, 재난
비행기의 수요가 늘고 있는 만큼 고정익 비행체의 안정성에 대한 연구가 진행 되고 있다. 안정성을 유지하기에 있어 주요 요인 중 하나인 윙렛(Winglet)과 받음각사이의 관계는 안정성과 매우 밀접한 관계가 있다. 이 연구에서는 고정익 비행체의 가장 효율적인 안정성을 위해 ANSYS를 통해 윙렛,받음각과 안정성의 관계를 탐구하고 이를 통하여 새로운 날개의 모습을 제시하는데에 목적이 있다. ▪ 주제어: 블레이드, 톱니 구조, 난류 강도, 소음 감소, 유동 특성
영상의학 기술과 디지털 기술의 빠른 발전으로 전자기 차폐의 필요성이 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라 안전한 전자기기 사용을 위해 인체에 무해한 차폐제를 개발하여야 하며 현재 대표적으로 사용되고 있는 차폐제는 납이다. 납의 경우 차폐효율은 매우 높으나 밀도가 높고 납 중독 등의 위험이 있어 오래 사용하기 힘들다. 그러므로 인체에 무해하며 가벼운 차폐제를 개발하려고 한다. 연구에서는 X선 실험 장치를 통해 금속시료의 X선 투과율을 측정하여 투과율이 작은 시료를 만들려 한다. 연구를 진행하기 전 선행연구에서는 납과 텅스텐의 차폐율이 가장 높을 것으로 예상하였고, 납과 텅스텐 외에도 흡광계수가 높은 금속 후보군을 선정하여 실험을 진행하였으며, 실험결과 선행연구와 같이 납과 텅스텐의 차폐율이 가장 높다는 결론이 도출되었다. 해당 탐구는 납을 대체하기 위해 진행하였으므로 텅스텐을 이용해 두께 실험을 진행하여 납과 비슷한 차폐율이 나오려면 텅스텐 0.24mm가 필요하다는 결론이 나오게 되었다. ▪ 중심단어: X선(x-ray), 차폐(shielding), 차폐율(shielding rate)
짜맛춤 방식과 칡묶음 방식의 안전성을 진폭의 크기와 진동 감쇠 능력을 기준으로 비교해 보았을 때 횡방향의 힘이 작용할 때는 짜 맞춤 방식이 칡 묶음 방식보다 진동의 진폭이 더 크게 나타나 칡 묶음 방식이 더 안전하다는 결론을 얻었다. 하중이 작용할 때는 진동 감쇠 능력은 큰 차이가 없었지만 진폭의 크기가 짜맞춤 방식이 더 크게 나타나서 칡묶음 방식이 하중에 더 안전하다는 것을 알 수 있다. 두 가지 힘이 작용할 경우를 종합해본 결과 보 사이의 마찰력이 크게 작용하면서 각각의 배가 다른 진동을 띄기 때문에 진동의 감쇠 효과가 더 큰 칡묶음 방식이 더 안전하다는 결론을 얻었다. ▪ 주제어: 한강 배다리, 배다리 연결 방식, 선박 안전성, 배의 모듈화
아두이노를 이용하여 2차원 상의 간섭무늬를 스캔할 수 있는 가시화 장치를 개발하였다. 먼저, 스테핑 모터와 벨트를 이용하여 xy 플로터를 제작하였고 함수발생기를 이용하여 진동수가 40khz인 초음파를 초음파센서에 송신하여 초음파센서가 초음파를 받아들이고 신호를 내보내도록 하였다. 이때 초음파센서의 신호를 교류에서 직류신호로 변환하여 아두이노에 연결하는 방법을 통하여 초음파 신호의 세기를 아두이노에 저장할 수 있었다. 초음파 세기를 저장하여 아두이노에 정리한 데이터를 매트랩 프로그램을 이용하여 그래프로 변환하였는데, 매트랩에서는 이론값을 구하였고, 구해낸 이론값과 실험을 통하여 구한 실험값을 비교하였다. 결과적으로 실험을 통해서 간섭무늬를 가시화하였으며, 음원의 개수, 위상, 위치에 따라 간섭무늬가 달라지는 을 관찰하였다. ▪ 주제어: 초음파, 2차원