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본 연구는 강풍에 의한 타워크레인의 피해를 공기역학적 안정성을 증가시켜 줄이기 위함을 목표로 한다. 직선형, 사이클로이드형, 4차방정식형, 6차방정식형 스포일러를 4가지 실험 모델로 정하여 각각 다운포스-공기저항비가 가장 커지게 되는 최적의 받음각을 구했다. 6차방정식형 스포일러가 공기역학적 안정성 측면에서 우수했고 이를 타워크레인을 구성하는 골격에 적용하여 타워크레인의 공기역학적 구조를 안정화시켰다. Autodesk CFD를 사용하여 일반 골격, 직선형 스포일러를 적용한 골격, 6차방정식 스포일러를 적용한 골격이 받는 힘을 와류, 난류모델을 적용하여 구했더니 6차방정식 스포일러를 적용한 타워크레인 골격에서 공기저항은 감소되는 반면 다운포스-공기저항비는 증가하였으며, 이를 통하여 타워크레인의 안정성이 증가함을 입증하였다. ▪ 주제어: 스포일러의 형태, 다운포스, 타워크레인, 안정성, 공기역학 시뮬레이션
단진자는 sin0~0로 근사하기 위해 진폭의 크기가 매우 작아야 실험 결과값이 정확하게 나온다. 하지만 사이클로이드 진자는 초기 진폭에 관계없이 주기식이 일정하므로, 사이클로이드 진자와 단진자를 활용한 각 실험의 오차율을 정량적으로 측정하여 각 진자의 정확성과 효과성에 대해 알아본다. ▪ 주제어: 단진자, 사이클로이드 진자, 주기, 등시성, 중력가속도
파동의 진행 속도는 다양한 조건과 상황에 따라 달라진다. 고체 매질의 경우 탄성계수와 밀도를 통해 파동의 속도를 계산할 수 있는데, 상황에 따라 이 값들은 변할 수 있기에 파동의 전달 과정을 알기 힘들다. 이에 본 연구에서는 고체 매질 내에서 파동의 전달 결과를 압전센서와 MBL인터페이스의 분석을 통해 실험적으로 구할 수 있는 물리학적 방법을 제시하고 실험을 수행하여 파동의 전파를 연구하고자 한다. ▪ 주제어: NI ELVIS, 파동, 음파, 압전 센서, 탄성계수
수업 시간에 회전 역학 부분에서 강체의 굴림 운동에 대해서 학습했었다. 이때 굴림 운동하는 물체 내부가 강체가 아니라 유체라면 굴림 운동에 어떤 변화가 있을지 궁금했다. 그래서 점성이 있는 유체가 담긴 병의 굴림 운동을 탐구해봤다. 측정은 PASPORT Motion Sensor를 이용했다. 물과 글리세린 수용액의 퍼센트 농도를 10%부터 100%까지 10% 간격으로 준비하고 이를 제외한 변인들을 통제하여 굴림 운동을 진행했다. 우리는 농도가 높아질수록 병의 굴러가는 속도가 느려질 것이라 예상했고 또한 100%퍼센트에서는 다른 퍼센트 용액들과 다른 운동을 하는 것을 확인할 수 있었다. 최종적으로는 용기에 든 유체의 운동으로 오뚜기 운동을 구현하고 이 운동에 대한 주기를 측정하는 방식으로 연구를 진행하였다. 추후 용액의 부피에 따른 굴림 운동에 대한 실험을 진행할 생각이다. ▪ 주제어: 굴림 운동, 점성, 유체, 점도
평소에 요요를 자주 가지고 놀면서 많은 요요 플레이어들의 영상을 본다. 전 세계 요요 플레이어들이 요요를 가지고 곡예 운동을 하는데 그때 요요는 항상 회전하는 상태였는데 일정 시간이 지나면 이 회전이 멈추게 된다. 이걸 보며 저 상태가 더욱 오래 유지된다면 더 많은 곡예 운동을 펼칠 수 있을 것 같다고 생각해서 요요의 슬립상태에 대한 연구라는 주제로 연구하게 되었다. 시중에 판매하는 요요로 실험을 진행하기는 어려움이 있어 요요의 슬립상태를 구현하기 위한 모형을 제작하였다. 이 실험 장치를 이용해서 초기 회전수, 회전관성, 들어올리는 힘과 같은 조작변인들을 설정하여 그에 따른 종속 변인인 회전유지시간, 최대 상승 높이 들을 측정하였다. ▪ 주제어: 슬립상태, 회전관성, 마찰력
본 연구는 실의 꼬임에 관한 연구이다. 마스크 줄의 꼬임에서부터 출발하여 보다 일반적인 상항에서의 꼬 임 또한 분석하고 싶다는 생각에 원판과 실을 연결한 여러 상황을 모델링했다. 모델링한 여러 상황을 이론적 으로 예측하여 고찰하고 실제 실험을 통해 이론적 예측이 맞는지 검증하였다. 연구는 크게 두가지로 구분된 다. 실이 수직으로 연결된 비틀림과 실이 한 점에서 모이게 연결된 꼬임. 우리는 두 경우에서의 원판의 각속 도와 주기를 구하는 식을 일반화하였고 ‘Vernier video physics’라는 앱과 ‘Excel’을 이용해 실과 연결된 원판의 운동을 영상 분석하였다. 실제 연구 결과 이론상의 예측 결과와 거의 유사한 것을 알 수 있었다. 해당 연구는 선행 연구를 거의 찾아볼 수 없었기 떄문에 본 연구가 앞으로의 꼬임과 관련된 연구들에 도움이 될 수 있기를 바란다. ▪ 주제어: 꼬임, 비틀림, Excel, 줄, Vernier video physics
주방에서 많이 사용하는 수직형 레인지 후드의 정압 손실이 가장 많이 발생하는 곳이 배기캡임에 도 불구하고, 대부분의 환기 시스템은 후드 자체와 필터에 집중되어 있는 실정이다. 본 연구는 배기 캡의 정압 손실을 개선하기 위해 가운데 구멍이 있는 배기캡을 설계, 제작하였다. 설계 제작한 배기 캡과 기존의 배기캡을 시뮬레이션한 결과 기존의 배기캡은 외부에서 바람이 불 때 공기가 외부에서 내부로 역류하는데 비해 설계한 배기 캡은 아래쪽에서 바람이 부는 경우 2.828×10-4kg/s, 측면에서 바람이 부는 경우 3.545×10-4kg/s 환기 효과를 내는 것으로 나타났다. 이를 실제로 측정한 결과 기 존 배기캡과는 다르게 아래에서 부는 바람과 측면 바람에 대해 환기효과가 나타났으며, 기계환기와 외부 공기의 유동을 함께 분석한 결과 외부 바람이 1m/s일 경우 기존 배기캡에 비해 0.36g/s, 4m/s인 경우 5.77g/s의 우수한 환기 효과를 내는 것으로 나타났다. ▪ 주제어: 배기캡, 레인지 후드, 환기
줄다리기는 우리 전통의 놀이이자 세계적으로도 널리 행해지는 게임이다. 줄다리기를 이기는 방법으로 자세를 낮춘다거나 힘이 센 사람이 앞에 서라는 등의 다양한 속설들이 있고, 줄다리기의 역학적 원리에 대한 단편적인 설명도 있으나, 동적인 상황에 대한 연구는 찾아볼 수 없었다. 이에 정적인 상황에서의 최적의 자세와, 정적인 상황을 깨고 상대를 끌어오는 동적인 상황에 대하여 연구했다. 민간에 떠도는 정적, 동적인 상황에서의 이기는 방법에 대한 물리학적 검토를 진행하였다. 실제 줄다리기 경기 영상을 분석함으로써 동적인 상황에 대한 메커니즘을 파악하였다. 그 과정에서 줄다리기는 작용 반작용으로 인한 마찰력 싸움이라는 것, 더 큰 마찰력을 내기 위해 반동을 준다는 것을 알아내었다. 시뮬레이션 툴을 이용하여 분석한 내용이 적용된 시뮬레이션 모델을 만들어 가설과 분석내용을 검증하였다. ▪ 주제어: 줄다리기, 역학, 시뮬레이션, 반동
본 연구는 생활속에서 버려지는 다양하고 많은 에너지를 ‘에너지 하베스팅’ 기술(사물의 진동이나 인간의 움직임, 빛, 열, 전자기파에서 발생하고 버려지는 에너지를 사용 가능한 전기 에너지로 변환하고 이용하는 것)을 활용하여 탄소배출을 줄이고, 에너지를 절약하고자 한다. 그래서 학교 활동 중(회전문 사용) 낭비 될 수 있는 에너지를 전자기유도 등을 활용하여 절약할 수 있는 에너지를 정량적으로 측정을 하고, 변인에 따라서 발생할 수 있는 에너지 효율 차이를 확인하고자 한다. ▪ 주제어: 전자기 유도, 유도 기전력, 자기장, 자속, 에너지 하베스팅록
본 연구에서는 옥수수 전분과 물을 혼합하여 만든 점탄성 물질에 관한 여러 실험을 진행하였다. 우선 포드컵을 이용하여 점탄성 물질의 점도를 측정하였고, 초고속 카메라와 모션센서를 이용해 점탄성 물질에 외부 충격이 가해졌을 때 보이는 점탄성 물질의 특성을 파악하는 실험을 진행하였다. FSR 센서를 이용한 점탄성 물질의 충격 전단율을 측정하는 실험을 진행하였는데, 이 실험에서는 가해지는 힘이 커질수록 힘의 전달율이 감소하며 결국 힘 전달율은 0.210에 수렴한다는 결과를 얻어냈다. 또한, 힘판 위에 점탄성 물질과 에어캡을 두고 그 위에 물체를 떨어뜨렸을 때 측정되는 힘을 서로 비교하는 실험을 하였 다. 그 결과 52.5%의 농도로 제작한 점탄성 물질의 충격 흡수 능력이 가장 뛰어난 것으로 나타났고, 52.5%, 53%, 53.5% 모두 에어캡과 상응하는 충격 흡수 능력을 보이며 그 효율성을 입증하였다. ▪ 주제어: 점탄성, 완충률, 충격 전달
학교에서 생활할 때 녹물이 나와 수돗물 사용에 어려움을 많이 겪어 이를 전자기 특성을 이용하여 해결해보고자 하였다. 우선 쇠 파이프에 녹물을 흘려 보내며 녹물이 나오는 수도관과 유사하게 실험 장치를 설계했다. 녹물이 흐르는 과정에서 변하는 값들을 찾아 그 차이를 통해 녹물이 시작되는 지점을 찾고자 하는 것을 목표로 우선 전압을 일정하게 가했을 때 전류의 세기를 측정해 저항값을 계산하여 변화를 알아볼 수 있었다. 그 다음으로는 인덕턴스를 측정하여 녹물이 흐를 때와 흐르지 않을 때의 변화를 측정해보았다. 하지만 그 값의 차이가 크지 않아 수도관에 녹이 생겼을 때와 같이 쇠관에 직접적인 이상이 생겼을 때의 인덕턴스 값을 측정하여 관의 상태에 따른 인덕턴스의 변화를 알아보았다. ▪ 주제어: 녹물, 저항, 인덕턴스, 전류, 쇠 파이프
우리는 일상생활에서 흔하게 여러 가지 회절현상을 경험할 수 있다. 하지만 이를 정량화해서 수식적으로 계산하기 힘들었다. 또한 고등학교에서 배우는 회절에 관한 예시 중, 빛에 관한 예시를 실험을 통해 알아보기 힘들었다. 따라서 우리는 디지털카메라를 활용하여 디스플레이에서의 회절무늬를 관찰하고 이 결과가 실제 이론값과 맞는지 확인하여, 디지털카메라가 빛의 회절을 알아볼 수 있는 실험교구로 적절한지를 알아보고자 한다. ▪ 주제어: 회절격자, 회절무늬, 디스플레이, 디지털카메라