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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
본 연구에서는 Mantis shrimp가 먹이활동을 할 떄 사용하는 앞다리의 타격을 분석하여 실제 기계장치에 구현할 수 있도록 하는 것이 목적이다. 기존 Mantis shrimp와 관련된 연구는 대부분 앞다리 구조와 관련된 것이나 본 연구는 타격 과정을 실제로 구현하기 위해 선행 논문 및 Mantis shrimp의 앞다리 구조를 참고하여 모델을 제작 후 타격에 영향을 주는 변수를 변형해가 며 실험을 진행하였다. 그 결과 Mantis shrimp의 타격에 가장 중요한 역할을 하는 것은 몸체와 연결된 용수철의 탄성 이며 몸체와 타격하는 팔을 연결해주는 몸체 팔의 회전이 더 빠른 회전을 만들어주는 중요한 요인임을 알 수 있었다. 주제어: Mantis shrimp, 관계 분석, 타격 메커니즘
초음파 모기 퇴치기는 모기가 기피행동을 보이는 초음파를 발생시켜 모기를 쫓아낸다는 광고 내용으로 과학적 검증 없이 시중에 판매되고 있다. 이 연구는 모기의 기피행동을 관찰함으로써 모기 퇴치기의 효능을 과학적으로 검증한다. 직육면체의 아크릴 챔버에 모기를 풀어두고, 긴 변을 반으로 나누어 구역을 표시해 둔다. 한쪽 끝에서 초음파 퇴치기를 가동하여 초음파를 발생시키고, 실험 전후의 모기 분포를 파악하여 기피 행동을 관찰했다. 실험은 총 3가지의 초음파 모기 퇴치 기를 이용하였고, 각 실험마다 초음파 모기 퇴치기가 있는 쪽의 모기의 수를 세어 각 기계마다 기피율이 0.52%, -0.61%, 5.79%임을 계산했다. 결과로 도출한 기피율이 유의미한 값을 가지 지 않았기 때문에, 초음파 퇴치기는 모기의 기피 행동에 영향을 미치지 않는다고 결론을 내었다. 주제어: 흰줄숲모기, 초음파 모기 퇴치기, 주파수, 기피행동, 해충 퇴치
원기둥의 지름과 높이의 길이가 비슷할 때 유체에서 어떤 모양으로 뜰지 직관적으로 예측이 잘 되지 않는다. 본 연구에서는 원기둥이 실제 유체에서 안정하게 뜨는 형태에 대하여 연구하였다. 원기둥이(높이 / 반지름)와 밀도에 따라 뜨는 형태가 어떻게 달라지는지 알아보기 위하여 각각 다른 밀도(높이 / 반지름) 값을 가진 원기둥 75개를 3D 프린터로 제작하였다. 또, 실험을 통해 물에 뜨는 형태를 관찰 및 기록하였다. 그 결과, 원기둥이 높이가 변함에 따라 뜨는 형태에 특정한 규칙이 나타났다. 실험을 해석하기 위하여 원기둥은 퍼텐셜에너지가 최소인 형태로 뜬다는 가설을 세웠다. 유체 위에 뜨는 물체의 퍼텐셜에너지는 물체의 부력중심과 질량중심 사이 거리에 비례한다는 사실을 이용하여 각 원기둥에 대해 뜨는 형태를 이론적으로 예측하였다. 또한 이를 실험값 과 비교하였다. 원기둥이 유체 위에 뜰 때 부력중심과 질량중심의 거리가 최소가 되는 조건 이외에 다른 물리적 조건을 만족해야 함을 발견하고, 이에 대해 분석하였다. 주제어: 부력, 안정성, 유체정역학, 원기둥
2019년 호주 산림 면적의 14%를 태워버린 호주 산불부터 가장 최근에 우리나라에서 이슈가 된 경북 울진 산불까지 세계 어디에서도 크고 작은 산불들이 지속적 발생한다. 산불을 초기에 발견해 빠르게 대응했거나 많이 번지지 않았다면 큰 피해는 막을 수 있겠지만, 현재의 산불 진화 기술 은 산불을 초기에 발견하기도, 빠르게 진압하기도 어려움이 있다. 이에 이 연구에서 산불에 의한 피해를 최소화하는 산불 진화 시스템을 만들어보려 한다. 온도 차를 이용하여 작동하는 열전소자를 이용하여 산불을 감지하고. 빠르게 산불을 진압할 수 있는 자동화 시스템을 제작할 것이다. 주제어: 산불, 열전소자, 전력변화, 환경보호
본 연구는 자석의 할바흐 배열을 이용하여 미세먼지의 주요 성분인 철을 효과적으로 제거하는 것이다. 미세먼지의 주성분인 철은 지하철, 공장 등 우리 주변에서 생성되어 인체 내에 축적되면 신체에 악영향을 미친다. 이에 철 성분 미세먼지를 효과적으로 제거하고자 2차원 평면 자석 필터, 자석을 이용한 집진기, 자석 필터의 수학적인 모델링 등 자석을 사용한 연구가 이루어지고 있다. 다만, 자석을 이용한 수준에 그쳤고 필터 효율에 관한 실질적인 데이터가 부족한 상태이다. 본 연구에서는 자석의 할바흐 배열, 자석의 위치, 필터의 크기를 고려하여 각 요소에 따른 필터의 철 성분 미세먼지 제거 효율에 대한 데이터를 정리하고, 실생활에 적합한 필터의 구조를 제언하고자 한다. 주제어: 철 성분 미세먼지, 할바흐 배열, 네오디뮴 자석, 필터
본 연구는 타원이 미끄러지지 않고 구르는 운동에 관한 미분방정식의 해를 구하고자 한다. 기존 선행 연구들을 타원의 운동에 적용한 역학과 결론에 관해 분석한 후 발전된 방향으로 문제에 관한 해결책을 제시해본다. 기존의 선행연구에서 적용하지 않은 역학인 해밀턴 역학을 이용하여 미분방정식의 해를 구하는 것을 시도해보았다. 선행연구에서 사용하는 변수가 아닌 새로운 변수를 도입하여 식을 재해석하고 새로운 역학 관점을 적용해본다. 최종적으로 수치해석적인 방법을 통해 타원의 운동을 분석하였다. 시간에 따른 타원의 질량중심의 위치를 구하고 이에 따라 타원의 각가속도, 각속도, 각, 주기 등을 구할 것이다. 타원의 운동은 원운동을 포함하는 일반적인 상황이기에 다양한 운동을 분석하는데 도움될 것으로 기대된다. 주제어: 타원, 미분방정식, 새로운 변수, 해밀턴 역학, 수치해석