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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
야구 경기를 시청하면 소리에 따라 떨어지는 위치가 다르다는 것을 알 수 있다. 이를 계기로 야구 타격음 을 이용하여 비거리를 예측하고자 했다. 타격위치에 따른 소리를 측정하고 탸격음을 FFT 분석을 한 뒤 비거 리와의 연관성을 알아냈다. 결과적으로 최적 타격점에 맞았을 때 비거리가 가장 크고 그때 주파수의 경향성은 1200Hz 근처라는 것을 알아냈다. 그리고 머신러닝을 통해 타격음을 이용해 거리와 구역을 예측하는 프로그램 을 개발했다. 이 실험을 통해 파악한 경향성을 이용해 홈런 예상 범위를 시청자들에게 제공해 주면 야구 중계 의 새로운 발전이 될 것이다. 또한 이번 연구를 통해 제작한 프로그램을 이용하여 타격음을 측정하여 순간의 타격위치를 알려주는 APP을 개발하면 사람들의 야구 훈련에 발전을 이끌 수 있을 것이다. ▪ 주제어: 야구타격음, Sweet Spot, 머신러닝, 비거리
본 연구에서는 물병 세우기에서 물병이 회전한 뒤 세워질 최적 조건에 대하여 탐구하였다. 실험에 앞서 본 연구를 위해서 용수철을 이용해 물병을 일정한 힘으로 던질 수 있는 기계를 제작하였다. 특정 변인을 효과적으로 통제하는 동시에 각각의 변인이 물병이 세워지는데 끼치는 영향력을 분석하기 위해 물의 양, 유체의 점 성, 물병걸이의 곡률반경을 변화시키면서 이에 따라 도출되는 결과들을 수집하고 분석하였다. 다양한 변인들에 대한 결괏값을 머신러닝을 통해 분석하여 물병의 회전운동과 특정 변인의 상관관계를 확인하고자 하였다. 결론적으로, 물의 양 150mL, 글리세린 0%일 때, 그리고 이번 실험에 쓰인 기계를 기준으로 줄을 잡아당긴 거리가 11cm일 때 가장 잘 세워질 것으로 예상할 수 있었다. ▪ 주제어: 물병세우기, 회전운동, 변인통제, 최적조건, 머신러닝
코로나 19의 확산이 전 세계 사람들에게 마스크 착용이 의무화되며 반복하여 마스크를 착용하는 경우 또한 늘게 되었다. 본 연구에서는 마스크를 장시간 착용할 때 마스크에 나타나는 방역 능력의 변화를 알아보기 위한 실험을 진행하였다. 이를 위해 공기의 밀도를 빛의 굴절을 이용하여 육안으로 관찰할 수 있는 명암으로 나타내는 방법인 Schlieren 효과를 사용하였다. 공기의 밀도를 이미지로 나타낼 수 있는 이 원리를 이용하여 마스크의 상태에 따라 촬영되는 영상을 수치화하여 분석할 수 있는 방법과, 분석된 결과를 토대로 마스크가 제대로 작동하고 있는지 확인할 수 있는 기준을 제시하고자 한다. 사 람의 날숨과 온도와 습도가 비슷한 공기를 장치를 이용하여 마스크에 꾸준히 공급해준 뒤 Schlieren 영상법을 이용하여 촬영한 뒤, 영상에서 픽셀 분석을 통하여 일반적인 들숨 날숨이 어느 위치까지 퍼지는지를 실험을 하였다. 마스크의 성능이 지수함수적으로 감소한다고 근사하였을 때, 필터를 교체하는 마스크의 경우에는 e-0.513t에 비례하였다. ▪ 주제어: 슐리렌, 비말, 마스크
이론적으로 알고 있는 강체의 운동이 아닌 여러 물체가 연결된 복합계에서의 운동을 실험적으로 확인하기 위해 망치, 용수철, 추를 활용하여 연구를 진행하였다. 먼저 망치의 질량중심을 표시한 후 던지고 logger pro를 활용해 자취를 그려 분석하고, 추를 용수철로 연결하여 복합계를 만들고 자유낙하, 연직투상운동을 하도록 하였다. 그 운동을 분석한 결과 질량중심이 중력가속도 g를 받으며 낙하, 연직투상운동, 혹은 포물선 운동을 함을 알 수 있었다. 마지막으로 망치를 넘어뜨리고 각운동량, 각가속도 등 운동을 분석하였다. 그 결과 여러 물체가 연결된 복합계도 질량중심을 기준으로 운동을 분석할 수 있음을 실험적으로 확인할 수 있었다. ▪ 주제어: 질량중심, 복합계 운동, 초고속카메라
이 연구는 레이저로 판의 진동 특성을 판단하는 실험이다. 스피커를 통하여 판에 특정 진동수를 입력하고, LDV장치를 활용하여 판이 진동하는 변위의 진폭을 측정한다. 여러가지 판을 대상으로 측정 하였으며, 이 판이 가지는 특징과 측정결과를 통해 어떠한 상관관계가 있는지 파악하고자 하였다. ▪ 주제어: LDV, 주파수, 우퍼, 디스플레이
연속 방정식과 베르누이 방정식 등 기존의 유체 역학은 유체의 비압축성을 가정한 이론들이다. 그러나 실제 유체는 압축성을 가지고 있기에 이론적 계산값은 현실과 차이가 발생할 수 밖에 없다. 특히 현재 관 내부의 임의의 지점에서 유체의 압력을 측정하는 장치는 개발되어 있지 않으며, 마하-젠더 간섭계를 이용한 흐르는 액체의 성질 연구는 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 마하-젠더 간섭계의 간섭무늬 분석을 통해 흐르는 유체의 성질을 알아보고자 하였다. 슐리렌 장치를 이용해 유체의 성질을 먼저 알아보고자 했지만 빛을 잘 투과하지 못하는 유체 관과 슐리렌 장치의 낮은 민감도, 실험 환경에서의 기체의 비압축성 등의 문제로 기체 유동에서 특별한 것을 관찰하지 못했다. 추후 마하-젠더 간섭계를 사용하여 정확한 실험을 진행할 예정이다. ▪ 주제어: 마하-젠더 간섭계, 간섭무늬, 유체역학, 유체 성질