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현재 친환경 사회에서는 여러 신재생 에너지가 주목받고 있다. 본 연구는 그 중 하나인 풍력발전에서 와류를 이용하여 발전하는 와류진동발전의 문제점인 낮은 발전 효율을 높이는 발전기 구조를 찾는 것을 목표로 한다. 먼저, 선행 개발된 발전기를 소형으로 구현하여 구조물을 지나며 발생하는 와류 현상을 관찰하였다. 이후 기존 구조의 발전기와 본 연구에서 변형한 구조의 발전기를 비슷한 규모로 제작하여 그 발전량을 비교하였다. 결과적으로 변형된 구조에서 기전력이 더 크게 유도되었다. 본 연구를 통해 점차 성장하고 있는 에너지 하베스팅 시장에 탄력을 불어넣을 것으로 기대된다. ▪ 주제어: 와류, 전자기 유도, 수직형 풍력 발전기, 진동, 효율
현재 주목받고 있는 무채혈 혈당 측정기술은 아직 상용화되지 못한 기술로 우리는 이를 DSLR 카메라와 레이저를 이용해 접근성이 높은 농도 측정 실험을 설계하는 것이 목적이었다. 먼저 스펙트로미터와 ND 필터를 이용하여 DSLR 감지값과 이론적 광량 사이의 관계를 함수식으로 구해 빛의 세기 보정 식을 구했다. 암실 속에서 레이저를 용액이 담긴 큐벳에 맞춰 DSLR로 빛의 산란을 측정했다. 앞서 구한 빛의 세기 보정 식을 이용해 농도에 따른 산란 데이터를 얻어 빛의 산란 정도를 가장 경향성이 높게 분석하는 방법을 탐구했다. 최종적으로 광량 분포 표준편차를 이용해 농도를 분석하는 방법을 선택해 농도 측정 그래프와 함수식을 구했다. 처음에 크로뮴산 납으로 농도 측정을 시도했지만 엉김 현상이라는 문제를 발견해 실험 방법을 개선했고 아이오딘화 은으로 재실험했다. 최종적으로 포도당의 농도 측정을 시도하여 최종결과를 얻을 수 있었다. ▪ 주제어: 산란, DSLR, 빛의 세기, 소형화, 무채혈 혈당 측정기술
본 연구는 여러 가지 표면에 대한 액적의 충돌 중 원뿔의 첨점에서의 액적의 충돌 거동에 대해 이를 이용하여 새로운 액적의 미립화 방법에 대하여 고찰했다. 이에 따른 충돌 시 액적의 쪼개지는 수를 변화시키는 요인이 원뿔의 입체각, 액적의 충돌 속도가 있다. 이를 구하기 위해 액적이 첨점에 충돌할 때 토러스 구조를 유지하는 최대 깊이를 최대 깊이라 명명하였다. 입체각이 좁을수록, 낙하 속도가 특정 속도일수록 최대 충돌 깊이가 더 깊다. 이 최대 충돌 깊이는 미립화가 일어나는 깊이인 미립화 깊이와 비슷한 경향성을 가지며 이 미립화 깊이에 따라 미립화 개수가 달라진다. 대체적으로 입체각이 좁을수록, 낙하 속도가 특정 속도일수록 미립화가 잘 일어난다. ▪ 주제어: 첨점, 액적, 미립화, 토러스 구조
본 연구는 물을 냉각하고 얼리는 과정상에서 일어나는 여러 현상들(물 주변의 공기층에서 갑자기 온도가 뛰는 현상, 공기층의 온도가 일정한 현상 등)을 설명하기 위하여 냉동실의 공기를 일정한 온도를 갖는 비커 내부의 공기층과 비커 외부의 공기층으로 나누어 설명해보고자 하였다. 이를 통해 액체의 응고에 있어 액체와 주변 대기와의 상호작용에 대하여 더 자세히 알게 되는 계기가 될 수 있을 것이다. ▪ 주제어: 물의 냉각 곡선, 공기층, 응고, 열의 전도
유체의 비저항 값은 단순히 유체로 이루어진 저항을 구할 때만 필요한 것이 아니라 유체의 농도같은 유체에 대한 정보를 포함한다. 따라서 비저항(전기전도도)를 측정하는 센서는 많은 역할을 할 수 있지만, 이 센서들은 구하기에는 많은 비용이 들어간다. 이는 교육 목적으로 이 센서를 사용하기에는 무리를 만드는 것으로 생각되어 수조에서 전기장과 전유밀도의 값을 실험적으로 구하고, 이 둘의 관계를 통해 비저항을 구하는 방식으로 비저항을 측정할 수 있는 방식을 개발해보았다. 이는 기존의 것과 비교하여 저렴한 비용을 가지고 구현해낼 수 있는 장점을 확인하였다. 또한, 이 측정방식에서는 수조에서 어떤 위치에서 비저항을 측정하느냐에 따라 측정되는 비저항 값이 다르게 되므로 이에 대해서도 탐구해보았다. ▪ 주제어: 유체의 비저항, 전기전도도, 오차값, 전류, 전해질
일반적으로 건물에 난 창문은 태양광이 굴절이 일어나지 않아 창문 주변만 밝은 것을 볼 수 있다. 본 연구에서는 이를 보완하고자 창문에 부착하여 실내에 들어오는 태양광의 분포를 조절하여 균일하게 만들어주는 렌즈의 곡면을 수식적으로 알아내었다. 이를 바탕으로 직접 폼보드로 실내 구조를 만들고 수식적으로 찾은 렌즈를 제작하여 조도 센서를 이용해 실내 채광량 분포가 변화하고 극대화되었음을 검증하였다. 다음으로 렌즈를 통해 보았을 때, 굴곡이 없는 프레넬 렌즈를 적용하고 시선이 주로 가는 위치는 일반 유리로 하고 창문의 상단과 하단에 배치하여 조망권을 보장할 수 있다. ▪ 주제어: 태양광, 프레넬 렌즈, 창문, 자연 채광량 분포 조절, 극대화
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