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물체의 위치를 측정하는 센서를 변위 센서라고 부른다. 주로 전자기 유도식이 사용되는데, 이 방식은 센서의 상대적 위치에 의해 유도되는 전류를 측정한다. 그러나 이 방식은 외부 노이즈에 취약하다. 그래서 송신기(센서)와 수신기(물체) 사이의 공진 소자를 구성하고 공진주파수의 변화를 통해 거리를 측정하는 센서를 설계했다. 상호 유도에서 결합 계수의 개념을 도입하여 거리에 따른 공진주파수의 변화가 유의미한지를 실험을 통해 확인했고 센서 회로를 직접 제작하여 공진주파수가 나타나는지를 확인했다. 그 결과 거리에 따른 결합 계수가 최대 20cm까지 명확하게 감소함을 알 수 있었다. LC 공진 원리가 센서로 사용하기에 적합하다는 결론을 얻었다. 주제어: LC 공진, 변위 센서, 공진주파수, 결합 계수, 코일
본 연구는 물체 표면의 요철의 측량적 특성들과 마찰음 사이의 연관성을 찾는 것을 목적으로 한다. 물체의 마찰음 연구는 물질의 거시적인 물리량과 관련하여 그간 많은 논문들이 발표되었다. 그러나 마찰은 물체 표면의 요철들이 냉용접하며 일어나는 것임에도 물체 표면의 미시적인 특성과 마찰음 사이의 관계는 많이 연구되지 않았다. 본 연구는 물체 표면의 요철들의 고유진동수를 계산하고, 마찰음을 진동수 별로 분해하여 두 값을 비교하였다. 그 결과 두 데이터 사이의 연관성을 확인하였다. 주제어: 마찰음, 진동수, 고속 푸리에 변환, 요철
본 연구는 ROS 기반의 상용 로봇 시스템의 동역학에 관한 연구이다. 먼저 rethink robotic사에서 만든 Baxter 로봇을 사용하기 위해서 Window가 아닌 다른 운영 체제인 우분투를 사용하였고 우분투 내에서 Baxter 로봇의 관절을 움직여 보는 여러 가지 코드를 학습하고 분석했다. 로봇 행렬에서 회전 행렬, 병진 행렬과 이 둘을 합친 변환 행렬(homogeneous matrix)을 학습했다. 이후 흔히 DH parameter에 대해 학습하여 복잡한 로봇의 변환 행렬을 구하는 방법에 대해 알아보고, Matlab을 이용하여 이를 직접 계산했다. 이를 바탕으로 Baxter 로봇에 대해 이를 적용시켜보는 활동을 하였다. 주제어: Dynamics, Control, ROS, Matlab
이 연구에서는 완전 비점성 유체인 이상적 상황과 대조되도록, 실제 유체의 특성을 나타낼 수 있는 유량계수를 구하고, 유량계수를 통해 중력가속도를 구하는 것을 목표로 한다. 마리오테의 병과 베르누이의 법칙, 파스칼의 원리 등으로 유량계수와 중력가속도를 측정할 수 있는 공식을 만든다. 그리고 수조에 밸브와 관이 있는 형태의 실험 기구를 이용하여 결과를 측정하고, 공식에 대입하여 유량계수와 중력가속도를 구한다. 이 연구는 오직 강체만을 다루는 고등학교 교육과정에 대조적이며, 새로운 방식으로 중력가속도를 측정한다는 점, 형태가 자유자재로 바뀌며 특정한 질량 중심이 존재하지 않는 유체를 비교적 간단한 방법으로 활용할 수 있다는 점이 특징이다. 주제어: 중력가속도, 유량계수, 마리오테 병, 베르누이 방정식
본 연구는 많은 분야에서 신소재로 촉망받고 있는 에어로젤의 물리학적 성질, 특성 중, 아직 이에 대한 명 확한 연구가 있지 않은 에어로젤의 공기 투과도와 흡음률에 대한 연구이다. 에어로젤의 공기 투과도와 흡음률 측정의 간소화된 방법을 제시하고 이를 따라 실험 후, 결과의 타당성을 파악하고 정성적으로 비교하였다. 공기투과도 측정에서, 본래 공기투과도의 정의를 따르지는 않았지만 실제로 투과도에서 비슷한 경향성이 발견되었고, 추후 정밀한 실험으로 발전시킨다면 활용할 수 있는 방법이 될 것으로 보인다. 흡음률 측정에서, 기존의 정밀한 방법을 따르지 않고 간소화시키는 과정에서 정밀함이 중요한 실험의 특 성상 특정 구간에서 오류가 생겨 유의미한 결과를 도출할 수는 없었다. 다만 단순 경향성을 파악하는 것은 개 선을 통해 실현할 수 있을 것이라 본다. 주제어: 에어로젤, 공기 투과도, 흡음률
기계 부품 간 상대 운동으로 인해 마찰 기인 진동이 나타나고 스퀼 소음이 발생하게 된다. 현재까지, 스퀼 소음을 줄이기 위한 연구나 마찰력을 줄이기 위한 연구는 다양하지만 스퀼 소음 발생의 원인이 되는 요인을 분석한 연구는 부족하다. 스퀼 소음은 강제진동에 의한 결과물이기 때문에, 진동 물체의 특성을 표현한다. 따라서, 스퀼 소음의 진동수를 분석한다면, 물질의 표면 특성을 판단할 수 있을 것이라 판단했고 이의 활용범위로 자동차 브레이크 패드를 생각하게 되었다. 따라서 본 연구는 스퀼 소음이 물체의 고유 특성을 나타내는 근거가 되면서 실제 현장에서 이 성질을 이용할 수 있도록 하는 것에 목적을 둔다. 실제, 자동차 브레이크 패드와 캘리퍼 디스크를 실험 장치로 만들기에는 어려움이 있다. 따라서, 규격을 고려하여 킴코 다운타운 300 오토바이의 디스크를 실험 대상으로 설정하여 장치를 제작했다. 실험 장치 제작과 함께, Matlab을 이용하여 여러 가지 소음 샘플을 만들어서 고속 푸리에 변환 시키는 코드를 완성시켰다. 캘리퍼의 압력을 변인으로 하여 주파수 특징을 분석하였고 이후, 디스크의 회전 각속도, 브레이크 패드의 마모도를 달리하며 실험을 진행할 것이다. 주제어: 스퀼 소음, 마찰, 브레이크 패드, 마모, FFT
논문에서는 박쥐 종이비행기가 날갯짓을 하는 원인에 대해 수학적, 물리적으로 분석하는 것을 목표로 하였다. 박쥐 종이비행기가 잘 나는 조건을 찾고 박쥐 종이비행기의 날갯짓에 영향을 주는 요인들을 찾았다. 비행체 내적 요인인 날개의 가로세로비, 테이퍼비, 종이의 밀도와 외적 요인인 풍동의 풍속에 따라 종이비행기 날개 끝이 그리는 궤적을 고속영상으로 기록했다. 2D Tracker를 활용하여 날개 끝 지점의 시간에 따른 x값과 y값 데이터를 얻었다. MATLAB을 활용하여 푸리에 근사변환을 통해 시간에 따른 날개 끝 지점의 수식을 얻어내었다. 얻어낸 수식을 바탕으로 각각의 요인이 날갯짓에 주는 영향을 분석하였다. 주제어: 박쥐 종이비행기, 날갯짓, 궤적, 양력, 항력
식물의 흡광도를 비교하기 위해서 강낭콩과 상추를 햇빛이 드는 곳, 그늘진 곳, LED를 통해 키운 식물로 나누어서 키우게 된다. 식물을 동일한 시간 동안 열매를 맺기 전까지 키운 후 크로마토그래피를 이용해서 식물의 잎의 엽록소를 비교하게 된다. 또한 잎과 알코올을 동일한 양에 넣은 후 섞어준 다음 만들어낸 엽록소 추출물로 흡광도를 측정하게 된다. 흡광도 측정기를 측정하게 되면 파장에 따른 흡광도의 양을 통해 엽록소의 함량을 비교할 수 있고 컴퓨터 프로그램과 연결해서 그래프까지 도출해 낼 수 있다. 이 모든 결과 값을 합해서 보게 되면 실내에서 LED를 통해 키운 식물의 비교를 통해 앞으로 발전하게 될 실내재배와 관련하여 발전방향을 예측해 보고자 한다. 주제어: LED, 식물, 흡광도, 엽록소
우리는 pH에 따른 이온 투과성을 조절할 수 있는 막을 제조하였으며 막을 경계로 전위차를 3V로 유지한 상태에서 전기전도도와 pH의 변화를 측정하는 방법으로 제작한 막의 선택적 이온 투과성을 측정할 수 있었다. Magnetite가 산성용액에서 + 극성의 계면 전하를 띄는 특성은 막 속에 포함된 Magnetite가 음이온을 선택적으로 투과시킬 수 있으며 계면 전하가 – 극성이 되는 염기성 용액에서는 반대로 양이온 투과성이 좋아진다는 점을 알게 되었다. 액체의 pH에 따라 계면 전하 극성이 바뀌는 성질을 이용하여 이온을 선택적으로 투과시킬 수 있는 필터를 경제적으로 제작할 수 있음을 확인하였다. 촉매를 포함한 탄소 전극과 함께 MEA를 제작해 수소 연료전지를 구동해 본 결과를 볼 때 수소 연료전지와 인공광합성 등에 활용 가능한 이온교환막으로 발전시킬 수 있을 것으로 보인다. 주제어: 선택적 이온 투과성, Magnetite, 계면 전하, 수소 연료전지
평소에 흔히 접할 수 있는 패러데이 법칙은 코일을 감은 횟수인 N이 정수인 경우에만 법칙을 적용할 수 있다고 배워왔다. 이에 대해 N이 정수가 아닌 유리수의 꼴, 예를 들어 1/2만 감은 경우에는 값이 어떻게 달라지고, 이 경우에도 패러데이 법칙을 적용할 수 있는지 알아보고자 연구를 진행하게 됨. 주제어: 패러데이 법칙, 전자기 유도, 코일, 자기장, 전기장
플랑크 상수는 흑체 복사 실험과 광전 효과 실험에서 발견했던 상수로써 에너지를 양자화 하는 데 기본적인 단위가 되었다. 이 연구에서는 플랑크 상수를 구하는 두 가지 방법과 그에 따른 플랑크 상수 값을 각각 구한 다음, 기존 실험만큼의 직관성과 정확한 결과값을 가지는 키트를 제작할 것이다. 키트를 제작하는데 드는 비용을 최소로 하고 기존의 키트에서 불필요한 부분을 제거하여 키트의 크기 를 줄여 간편하게 한다. 또한 회로를 간단하게 만들어 교육적 목적으로도 사용할 수 있게 할 것이다. 주제어: 흑체 복사, 광전 효과, 플랑크 상수, LED의 물리적 특성, 광센서
본 연구는 이오노크래프트의 작동에 작용하는 비펠드 브라운 효과의 과학적 원리를 규명하고 비행체를 제작하는 것을 목적으로 한다. 이 과정은 비펠드 브라운 효과와 이오노크래프트에 대한 충분한 조사를 바탕으로 하여 기체의 종류, 전지와 전선의 종류에 따른 전압과 저항의 세기 등의 변인과 그에 대한 가정을 설정하고 이를 실험을 통해 확인하는 것으로 진행된다. 단순히, 비례와 반비례 등의 추상적인 관계를 알아내는 것에 그치는 것이 아닌, 측정한 데이터 값을 토대로 하여 적합한 상수나 미지수 등을 포함하는 정밀한 공식을 유도하여 보려고 한다. 그리고 이 공식이 정확도를 실험을 통해 얻은 값과 비교하여 보는 과정을 통해 오차를 확인하고 변수 등을 세부적으로 조정하여 볼 것이다. 나아가 밝혀낸 사실을 바탕으로 하여 비펠드 브라운 효과를 이용한 비행체를 설계하고, 작동과정에서의 효율성 증가 방안에 대하여 고려할 것이다. 이온풍을 동력으로 하는 비행체의 제작에서 어떤 구조가 적합한지 알아보고자 했다. 현재까지 진행한 실험에서는 이러한 변인들을 이전 단계의 실험결과를 바탕으로 한 개별적 변환을 통해서만 이루어졌 으며 전체 변인들의 통합적 고려는 원활히 이루어지지 않은 것으로 판단된다. 따라서 추후 실험에서는 실험결과에 영향이 있을 것으로 예상되는 변인들을 토대로 한 체계적이고 단계적인 계획이 수반되어야 할 것으로 판단하였다. 이오노크래프트가 뜰 수 있는 원리인 이온풍에 대해서 정확한 변인과 발생 과정을 탐구하고 주체적으로 연구 방향과 이오노크래프트 제작 방법을 설정하는 계획을 세우고 이를 실행함으로써 지금까지 여러 차례 이루어진 실험에 대해서도 다시 분석하는 시간을 갖고자 한다. 주제어: 비펠드 브라운 효과, 전기장, 양력, 이온풍 비행기