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물의 어떠한 두 표면 사이에서 결빙은 여러 산업 분야에서 산업재해를 일으킬 수 있다. 허나, 결빙력에 대한 연구는 활발하게 진행되어 있지 않기에 본 연구를 진행한다. 본 연구에서는 자체적으로 제작한 결빙력(전단력) 측정 장치를 이용하여 얼음의 결빙력을 여러 변인에 따라 반복 측정하고, 이렇게 수집된 데이터를 바탕으로 결빙력이라는 물리량을 분석한다. 결빙에 직접적으로 참여하는 물 분자의 양, 물의 분포 상태, 물의 분포 면적, 냉각을 진행시킬 때의 쿨러의 설정온도 등을 변인으로 하여 결빙력의 크기와 변인들간의 상관관계를 구하고 이를 바탕으로 결빙력에 대한 수식적, 물리적 이해를 바탕으로 결빙력을 줄이기 위한 환경적 조건에 대한 결론을 제시한다. 주제어: 얼음의 결빙력, 전단응력, 표면장력, 접촉각
실생활에서 물체 간 충돌이 일어날 때, 물체 간의 마찰로 인해 회전이 발생하게 된다. 따라서 충돌 후 물체의 운동을 알기 위해서는 선운동과 회전운동의 변화 모두를 알아야 한다. 또한, 두 물체가 비스듬하게 충돌을 하게 되면, 선속도와 각속도 모두에 변화가 발생하게 되기 때문에, 충돌 후 두 물체의 병진운동에너지와 회전운동에너지의 변화에 대해 알아보기 위한 연구를 진행하였다. Tracker 프로그램을 이용하여 2차원 충돌하는 물체의 충돌 전후의 운동상태에 대해 알아본다. Tracker 프로그램의 문제점을 개선하고 동시에 여러 물체의 운동 상태를 간단하고 빠르게 측정하기 위해 선형 레이저와 포토 다이오드를 이용한 2차원 운동분석 장치를 개발하고, 이를 이용하여 실험을 진행하여 장치를 검증한다. 주제어: 2차원 운동, 충돌, 충돌각, 포토 다이오드, 선형 레이저
본 연구팀은 카트 운전을 할 때, 카트를 미는 힘과 바퀴의 이동 방향의 불일치로 인한 현상을 해결함으로써 사람들의 불편을 줄이고 바퀴의 방향 틀어짐 현상을 연구하여 이를 기반으로 이동 방향의 불일 치를 연구해 카트의 효율적 모델을 도출·제안하고자 한다. 실험을 통해 본 연구팀이 정한 불일치도를 기준으로 바퀴 영향을 주는 요인을 분석하고 바퀴의 종류, 크기, 배치 등 특징에 따라 가장 효과적이 라고 판단되는 모델을 찾아 제안할 계획이다. 또한 제안한 카트의 모델이 본 연구팀이 기대한 만큼의 효과를 보이는지, 기존의 카트 모델과 비교했을 때 연구한 모델로 대체할 수 있는지 연구·분석해본다. 주제어: 카트 바퀴, 불편함 해소, 방향 틀어짐 현상, 불일치도, 버니어 MBL
이 연구는 분지에서의 소음 증폭률과 대전동신과학고등학교의 소음 탐구를 주제로 한다. 대전동신과학고등학교 재학생들이 소음 공해로 인해 생활에 불편을 겪어 이에 대해 탐구하고 해결해보고자 이 연구를 진행하게 되었다. 학교 내에서 주로 소음이 발생하는 8개의 장소와 소음 발생지인 고속도로 근처에서 소음을 측정하고, 측정된 소리의 세기를 이용하여 증폭률을 구하는 과정으로 연구가 진행되었다. 연구 결과, 분지 지형과 대전동신과학고등학교의 ㄱ자 모양 건물들 배치로 소음이 증폭됨을 알 수 있었다. 이 결과는 대전동신과학고등학교에서의 들리는 소음의 증폭 원인을 설명하며, 방음벽 설치 과정에서 고려될 내용이다. 주제어: 소음, 분지 지형, 증폭률, 소리의 세기, 방음벽
연구는 먼저 효율적인 마찰 대전을 위해서는 어떠한 방식으로 힘이 전달되어야 하는지 알아보기 위해서 힘을 약하게 주었을 때와 강하게 주었을 때, 마찰 대전 발전기에서 발생하는 전압 값을 비교하여 강한 힘을 주었을 때, 더 강한 전류가 발생한다는 것을 알 수 있었고, 이를 바탕으로 유동하는 유체에서의 유선형의 날개가 받는 힘을 측정하고 이를 키우기 위해서 초기에는 호루라기 모양의 구조체를 이용하여 실험을 진행해 보았지만, 유의미한 자이를 찾을 수 없었고, 따라서 이론적으로 분석하였을 때, 특정 각도로 구부러진 모양의 구조체가 분석 및 받는 힘의 크기 면에서 효율적일 것이라는 생각이 들어 구조체를 제작해 실험을 진행하였고, 이를 이론적으로 분석하여 효율적인 구조체에 대한 의견을 내놓았다. 주제어: 에너지 하베스팅, 유체, 선형 운동량, 마찰대전
본 연구에서는 변인 조건의 차등에 따른 이온풍 세기의 변화를 정량적으로 분석하고, 유동 가시화를 통해 이온풍의 특성을 파악하였다. 변인 조건으로는 전극의 종류, 전극 간 거리, 전압의 세기를 두었다. 각 변인에 따른 이온풍 세기의 변화를 정량적으로 측정하기 위해 불꽃 크기 측정 실험, 전류 측정 실험을 진행하였다. 모든 실험에서 이온풍 세기는 전극 간 거리에 반비례하며, 전극의 촘촘함과 전압의 세기에 비례하는 경향을 보였다. 또한 국부적인 영역의 이온풍 세기만을 분석하는 한계를 보완하기 위해 유동 가시화 기법을 적용하여 전체적인 이온풍의 흐름을 파악하였다. 결과적으로, 전극 주변부의 흐름을 비교하여 양이온의 흐름이 음이온의 흐름보다 강하며 양극 코로나보다 음극 코로나에서 이온풍의 세기가 증가함을 확인하였다. 주제어: 이온풍, 평행판 전극, 코로나 방전, 레이저 유동 가시화, 이온풍 발생 메커니즘
이중슬릿을 통과한 빛의 중첩으로 생기는 무늬와 그 물리학적 해석에 대해서는 잘 알려져 있다. 하지만 전형적인 ‘슬릿과 스크린이 평행한’ 상태가 아닐 때, 어떤 모습을 갖는지는 고등학교 과정에서 가르치지 않는다. 이에 우리는 스크린과 슬릿을 회전시키거나 사이의 거리를 벌리며 다른 상황에서의 간섭무늬가 이론적인 계산값과 비교하여 어떤 양상을 띠는지 살펴봤다. 우리는 이를 간격이 다른 슬릿과 스크린의 상대적 위치를 변화시키며 빨간색, 초록색 레이저를 각각 쏴서 생기는 무늬의 첫 번째 밝은 무늬와 중간의 밝은 부분 사이의 간격으로 측정했다. 전반적인 결과는 공식을 이용한 이론적 값과 비슷했다. 하지만 회전시킬 때에는 예상치 못한 모습이 나타났다. 양쪽에서 간격의 변화가 서로 다른 양상을 보인 것이다. 이처럼 비교하고 원인을 규명하는 과정을 통해 파동의 성질을 더 잘 이해할 수 있었다. 주제어: 이중슬릿, 회절, 간섭 현상
전자 대신 빛 그 자체를 이용하여 현대의 전자기반 컴퓨터의 아키텍처를 모두 구현할 수 있다면 그야말로 빛의 속도의 연산을 달성할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 빛의 회절과 간섭만을 이용하여 저감도의 광학계를 설계하여 Logic Gate, Transistor를 구현할 수 있음을 보임으로써 ALU를 구현할 수 있음을 보이고자 한다. Arago Ring을 이용하여 reliable한 Transistor, And Gate, OR Gate를 전-광학(All-Optical)적으로 설계하고 구현에 성공하였으며, 직렬화를 위한 Amplifier와 같은 광학 소자들도 구현하였다. 주제어: Logic Gate, 간섭, Arago Spot, ALU, All-Optical
본 연구에서는 에너지 하베스팅에 기반을 둔 자성 유체의 발전 효율성에 관한 연구를 통해 최적의 발전 주파수를 추정하였다. 자성 유체는 외부 자기장에 따라 입자 정렬이 일어나는 특성이 있는데 자성 입자가 한 방향으로 정렬되었을 때는 자체적인 자기장으로 인해 전자기유도 현상을 통한 유도기전력의 생산이 가능하다. 자성 유체를 활용한 발전 가능성을 판정하고 유도기전력의 크기를 유추하기 위해서 소형 가진기와 오실로스코프를 활용하여 실험을 진행하였다. 그 결과, 자성유체의 발전 효율은 30Hz 부터 300Hz의 범위 내에서 증가 경향을 보였으며, 300Hz 진동수에서의 유도기전력 진폭은 6mV 정도로 30Hz에서의 12배에 달하는 수치를 보였다. 자성 유체를 활용한 발전기를 지속적인 진동이 일어나는 교량에 설치하거나 댐퍼과 같은 진동 감쇠장치를 대체하여 활용할 수 있을 것이다. 주제어: 자성유체, 에너지 하베스팅, 자성유체 발전기
이 연구는 물체의 반발계수 및 물체의 충돌 시 속도가 어떻게 변하는지에 대한 연구이다. 서로 겉면이 다른 물체를 충돌시켜보고, 수직 방향, 수평 방향 각각에 대해 충돌 시킴으로써 이들이 반발계수와 어 떤 관련성이 있는지 알아낸다. 그러나, 위의 경우는 상당한 오차를 가지고 있었기에 일반적인 강체 두 개를 충돌시켰을 때 충돌 전후 속력이 질량, 충돌 속력, 가속도의 여부에 따라 어떻게 다른지 분석하 고, 충돌 전후 속력이 이론적으로 구하는 경우와 어떻게 다른지 분석한다. 주제어: 반발계수, 진자운동, 가속운동, 충돌, 물체의 운동 예측
평소 신발끈이 있는 신발을 신고 다니다 보면 신발끈이 풀리는 것을 경험한다. 그런 불편함에 대한 원인을 찾고자 신발끈이 풀리는 이유와 그 과정에 대해 알아보았다. 선행 연구에서 신발이 땅에 닿는 순간의 가속도에 의해 생긴 힘이 신발끈을 당겨 신발끈이 풀린다는 것을 알게 되었고, 신발끈의 가속도에 따라 매듭이 풀리는 모델을 제시하고 실험을 통한 검증을 거쳤다. 본 연구에서는 더 나아가 신발끈의 가속도, 묶인 힘, 지면의 탄성에 따라 신발끈이 풀리는 정도를 연구하였다. 본 연구에서는 일정한 가속도로 상하 운동시키는 장치를 제작해 신발을 지면에 충돌시켰고, 이 장면을 초고속 카메라로 촬영해 Tracker 프로그램으로 가속도를 구했다. 신발이 지면과 충돌하는 횟수를 세어 신발끈이 풀릴 때까지 신발이 지면과 충돌한 횟수를 비교하였다. 실험 결과는 가속도가 빠를수록, 묶은 힘이 약할수록, 지면의 탄성이 작을수록 신발끈이 풀리기 더 쉽다는 것이다. 신발끈이 풀릴 때 가속도가 클수록 힘이 풀리는 방향으로 크게 작용하므로 풀리기 쉽고, 신발끈을 묶는 힘과 지면의 탄성이 클수록 신발끈이 풀리지 않도록 하는 신발끈의 최대 정지 마찰력이 커져 풀리기 어려워진다. 주제어: 가속도, 마찰력, 충격량, 묶는 힘, 지면 탄성
분필 칠판을 사용하면서 분필 가루에 의해 재채기를 하거나 눈의 통증을 호소하는 경우를 보았으며 칠판 받침대가 있음에도 불구하고 분필 가루가 바닥으로 다량 떨어져 불편함도 느꼈다. 이와 같은 문제점들을 해결하기 위해서 분필을 잡는 길이와 분필을 쓰는 위치를 변경해 가며 분필 가루가 어떠한 방향으로 떨어지는지 확인하고 분필 가루의 분포도를 분석하여 바닥에 분필 가루가 떨어지는 것을 최소한으로 하는 새로운 칠판 받침대의 형태를 설계하였으며 추후에 제작할 예정이다. 주제어: 저속에서의 종단속도, 미세입자 운동