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중앙대학교 서울캠퍼스 기계공학부 재학중

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빛의 파장에 따른 식물의 생장

제주중앙여자고등학교 2학년양**빛의 파장에 따른 식물의 생장이름 양**이 연구는 최근 사용이 급증하고 있는 LED를 조명으로써가 아닌 식물 성장용으로 사용되는 LED에 초점을 두어 식물성장용 LED에 사용되는 원리에 대해 탐구함. 빛의 파장에 따라 식물의 생장 속도가 다른데 주로 430nm ~ 460nm 파장의 청자색광과 630nm ~ 680nm 파장의 적색광을 흡수하여 광합성에 사용함. 이를 토대로 식물성장용 LED는 청자색광과 적색광 위주로 만들어져 식물 광합성이 더 효율적으로 일어날 수 있게 도움을 줌. 따라서 이를 통해 실내에서 다양한 작물들을 기를 수 있는 발판이 마련되어 지구온난화 등으로 인한 이상기후 현상과 같은 외부 변인들에 영향을 받지 않게 실내에서 재배되는 식물이 많아지고 더 나아가 식량에 대한 문제도 해결이 가능할 것임.주제어: 빛, 광합성, LED, 식물성장용 LED빛의 파장에 따른 식물의 생장Ⅰ. 서론LED는 ‘발광 다이오드’로 전류를 가하면 빛을 발하는 반도체 소자이다. LED의 가장 큰 특징은 ‘고효율, 저전력, 장수명’인데, 지구온난화 등의 환경문제와 에너지 절약의 필요성이 대두되는 지금 LED는 친환경 기술로 주목받고 있다. 보통 LED는 실내 조명이나 TV, 전광판 등 단순 조명용 제품으로 사용 되고 있는데, 최근 LED는 단순 조명용 제품에 그치지 않고 혁신기술이 접목되면서 의료, 미용, 헬스 케어 등 쓰임새가 다양하게 확대되고 있다. 서울반도체는 네덜란드 조명 솔루션 기업인 ‘로피안다’의 온실 원예용 조명에 ‘선라이크’를 공급했다는 기사를 접했다. ‘선라이크’는 햇빛과 흡사한 빛을 내는 380nm ~ 740nm 범위의 스펙트럼과 색온도 5600K을 구현했다고 한다. 식물생장용 LED는 특정 파장의 빛을 이용하여 식물의 생장 속도를 제어하고 영양 성분 함유량을 높일 수 있다는 장점이 있다. 따라서 빛의 파장에 따라 식물의 생장이 어떻게 변화하는지, 이를 어떤 식으로 식물생장용 LED에 적용이 되었는지 탐구해보고자 한다. 빛의 파장에 따라 식물의 생장에 어떤 영향을 끼치는지, 식물생장용 LED의 원리에 대하여 알고 있다면, 외부 환경요인에 구애받지 않고 실내에서도 다양한 작물들을 재배할 수 있어 시사점을 줄 수 있을 것으로 예상한다.Ⅱ. 이론적 배경1. 전자기파전자기파는 전기장과 자기장이 진동하면서 공간을 전파하여 나가는 파동으로, 전기장과 자기장의 진동방향은 전자기파의 진행방향과 수직이다. 즉, 전자기파는 횡파에 속하게 된다. 또한 전자기파는 특별히 매질이 필요 없어 진공에서도 진행될 수 있는데, 진공에서의 전자기파의 속력은 약 30만 km/s이다. 전자기파는 파동이므로 파동의 성질인 반사, 굴절, 간섭, 회절 등을 가진다. 전자기파는 비슷한 파장 또는 진동수를 이용하여 구간을 정해 파장이 긴 순서대로 전파(라디오파, 마이크로파), 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마(gamma ) 등으로 분류한다.[그림 1] 전자기파가. 가시광선가시광선은 사람의 눈으로 직접 관찰이 가능한 전자기파로, 대략 380nm ~ 750nm 정도의 파장을 가진다. 가시광선은 파장의 변화에 따라 다른 색으로 관찰이 가능한데, 약 380nm의 파장은 보라색, 750nm정도의 파장은 빨간색으로 보이게 된다.[그림 2] 전자기파의 분류2. 광합성 색소광합성 색소는 광합성에 필요한 빛에너지를 흠수하는 색소로, 광합성 할 때 주된 역할을 하는 엽록소와 보조 색소인 카로티노이드계 색소가 있다.가. 엽록소엽록소는 가장 대표적인 광합성 색소로, C, H, O, N, Mg로 구성되어 있다. 엽록소는 엽록소 a, b, c, d로 나뉘는데, 그 중 엽록소 a는 세균을 제외한 모든 광합성 생물에게 존재하며 광합성을 주도하는 반면, 엽록소 b, c, d는 광합성 생물에 따라 다르게 존재하고 주로 빛에너지를 흡수하여 반응 중심 색소에 전달하는 역할을 한다. 광합성은 엽록소가 빛에너지를 화학 에너지로 바꾸는 작용으로, 엽록소는 빛에너지를 통해 물과 이산화탄소를 분해하여 스스로 자신의 영양분인 포도당과 산소를 생성한다. 주로 엽록소가 흡수하는 빛에너지의 파장은 가시광선 영역대에 속하며, 가시광선의 빛을 엽록소가 흡수하고 광합성에 이용한다.[그림 3] 광합성 색소[그림 4] 광합성 과정Ⅲ. 연구방법, 연구 결과 및 논의1. 빛의 파장에 따른 식물 생장가. 흡수 스펙트럼흡수 스펙트럼은 빛의 파장에 따른 광합성 색소(엽록소 a, b, 카로티노이드 등)의 빛 흡수율을 그래프로 나타낸 것이다. 이 그래프를 통해 광합성 색소는 430nm ~ 460nm 정도의 파장을 가진 청자색광과 630nm ~ 680nm의 파장을 가진 적색광을 주로 흡수하고, 500nm ~ 550nm의 파장을 가진 녹색광은 대부분은 반사하거나 투과시킨다는 것을 알 수 있다.[그림 5] 흡수 스펙트럼나. 작용 스펙트럼작용 스펙트럼은 빛의 파장에 따른 광합성 속도를 그래프로 나타낸 것이다. 이 그래프를 보면 흡수 스펙트럼에서 광합성 색소의 빛 흡수율과 비슷하게 청자색광과 적색광에서 광합성이 가장 활발하게 일어난다는 것을 볼 수 있다.[그림 6] 작용 스펙트럼다. 결과[그림 7] 흡수 스펙트럼과 작용 스펙트럼앞에서 본 흡수 스펙트럼과 작용 스펙트럼을 합치게 된다면 위와 같은 그래프가 그려진다. 흡수 스펙트럼은 하나의 식물이라 하더라도 포함되어 있는 색소의 종류에 따라 각각 다르게 나타나며, 작용 스펙트럼은 개체 전체에 대해 나타나는 값이다. 이를 통해 광합성 색소의 흡수 스펙트럼과 잎의 작용 스펙트럼은 거의 유사한 것을 볼 수 있다. 하지만 광합성 색소의 흡수 스펙트럼과 잎의 작용 스펙트럼은 완전히 일치하지는 않은 것을 볼 수 있는데, 이는 카로티노이드계 색소가 거의 흡수하지 않는 녹색광에 대해서도 일부 광합성이 일어나기 때문이다.라. 엘겔만의 실험엥겔만의 실험은 1883년 독일의 식물학자 엥겔만이 진행한 실험으로 광합성에 적합한 빛의 파장을 알아낸 고전적인 실험이다. 이 실험은 조류인 해캄과 호기성 세균을 이용하여 실험을 진행하였는데, 호기성 세균은 산소가 있는 곳에서 생육, 번식하는 세균으로, 산소가 있어야만 살 수 있는 세균이다. 따라서 해캄이 광합성을 활발히 하면 산소가 많이 생성되므로 산소 많은 쪽으로 호기성 세균이 이동하게 되니 이를 통해 산소가 많이 생성되는 즉, 광합성이 활발히 일어나는 곳을 찾을 수 있다. 해캄에 프리즘을 통해 분산시킨 다른 파장의 빛들을 비추고 호기성 세균의 움직임을 관찰하면, 적색과 청자색의 빛을 비춘 자리에 호기성 세균을 많이 관찰할 수 있어 적색과 청자색의 빛이 광합성에 주로 쓰인다는 것을 보여준다.[그림 8] 엥겔만의 실험2. 식물생장용 LED식물생장용 LED는 광합성에 주로 쓰이는 400nm ~ 500nm 파장의 청색 빛과 640nm ~ 700nm 파장의 적색 빛을 이용하여 식물 생장에 도움을 주는 조명이다. 광합성에 많은 영향을 주지 않는 500nm ~ 640nm의 빛을 제외하여 LED를 제작한다. 식물생장용 LED는 실내에서 햇빛 대체용으로 사용할 수 있는 조명이며, 인체에 해로운 자외선(UV)부분과 열에 관여하는 적외선(IR)부분을 제외한 가시광선 안에서 구현하여 인체 및 식물에 해롭지 않다. 식물생장용 LED는 형광등 대비 3배의 650nm 파장의 적색광향을 배츨하고, 가격에 부담이 있으나 전기요금을 50% 절약해주고 탄소저감 효과를 낸다. 따라서 초기 LED 전구 구매 비용 외에는 전기세 절감 효과와 반영구적인 수명의 장점이 있다. 각 파장마다 식물에 주는 영향이 달라지는데 405nm 파장의 LED는 식물의 잎을 두껍게 해주어 작물의 상품성을 높이고, 450nm 또는 660nm 파장의 LED는 광합성을 촉진시켜 생산성을 높여준다. 530nm 파장의 LED는 곰팡이 발생을 억제하고 615nm 파장의 LED는 해충을 막아줄 수 있어 친환경 유기농 농산물 재배에도 효과적이다.

공학/기술| 2022.03.15| 7페이지| 3,000원| 조회(580)

보고서, 식물, 빛, 탐구보고서

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쌍둥이 역설에 대한 궁금증 탐구

제주중앙여자고등학교 2학년양**쌍둥이 역설에 대한 궁금증 탐구이름 양**이 연구는 ...주제어: 특수 상대성 이론, 쌍둥이 역설, 일반 상대성 이론쌍둥이역설에 대한 궁금증 탐구Ⅰ. 서론아인슈타인의 상대성이론이 세상에 나오지 않았을 때에는 빛이 ‘에테르’란 매질을 통해 진동하는 줄로만 알고 있었다. 하지만 마이컬슨과 몰리의 실험을 통해 에테르가 실제로 존재하지 않는 물질임을 밝혀내었다. 이를 기점으로 아인슈타인의 상대성이론이 탄생하게 되었다. 아인슈타인의 상대성 이론 중 물리학Ⅰ에서는 ‘특수상대성 이론’에 대해서 다루고 있다. 특수 상대성 이론은 광속 불변의 원리, 상대성의 원리를 기반으로 시간지연과 길이단축을 설명하고 있다. 이때 쌍둥이 역설이 등장하게 되는데 지구에서 같이 살던 쌍둥이 중 한 명이 우주선을 타고 우주에 나갔다 오니 지구에 있던 쌍둥이가 더 늙어 있었다. 이는 시간 지연을 설명해주는 이야기였지만 이에 대해 궁금증이 생겼다. 지구에 있는 쌍둥이는 우주에 갔다 온 쌍둥이의 시간이 길어진다고 인식하고 반대로 우주선에 있는 쌍둥이도 지구에 있는 쌍둥이의 시간이 길어진다고 인식할 것이다. 그렇게 된다면 서로의 시간은 똑같이 흘러가야 정상인데 왜 한 쌍둥이만 시간이 더 지났는지 궁금해졌다. 그래서 이 내용을 탐구 주제로 잡아 다양한 책을 읽으며 탐구하기로 하였다.Ⅱ. 이론적 배경1. 에테르설에테르 설은 빛의 파동성을 기본으로 하여, 빛이 퍼져 나가는 데 필요한 매질을 ‘에테르’란 상상의 물질로 가정한 이론이다. 마이컬슨과 몰리는 이를 증명하기 위해 한 실험을 설계했는데 이로 의해 ‘에테르’가 존재하지 않음이 발견되었다.[그림 1] 마이컬슨과 몰리의 실험마이컬슨과 몰리의 실험은 아래와 같이 설계가 되었다.1. 광원에서 빛을 비춘다.2. 반거울(반투명 거울)에 의하여 빛이 반사되거나 반거울을 통과한다.3. 반사되거나 통과한 빛이 거울을 통해 반사된다.4. 반사된 빛이 다시 반거울(반투명 거울)로 인해 반사되거나 반거울을 통과한다.5. 이때 빛 검출기에서 검출된 빛의 시간차이를 측정한다.결과 : 빛 검출기에서 검출된 두 빛은 모두 같은 시간에 측정되었다. 즉, 에테르가 존재하기 때문에 에테르로 인해 발생하는 저항이 없다는 것이 드러났다.2. 특수 상대성 이론가. 특수 상대성 이론의 기본 가정1) 광속 불변의 원리앞서 마이컬슨과 몰리의 실험에서도 알 수 있듯이 빛의 속력은 모든 관성좌표계에서 초속 30만 km로 동일한 값을 가진다. 이는 관찰자의 속도나 광원의 속도에 관계없이 성립한다.[그림 2] 광속 불변의 원리2) 상대성의 원리물리학의 모든 법칙은 모든 관성좌표계에서 동일하게 적용된다는 원칙이다. 관측자의 시점에 따라 물리량이 다르게 관찰될 수 있지만, 운동법칙은 동일하게 작용된다.[그림 3] 상대성 원리나. 동시성의 상대성다른 두 관측자가 다른 위치에 있을 때 한 관측자가 어떤 사건을 동시에 일어났다고 관측해도 다른 관측자는 그 사건이 동시에 일어났다고 관측하지 않을 수도 있다는 이론이다. 따라서 동시성이 관측자에 따라 상대적인 것이다. 아래 그림과 같이 우주선에서 빛을 관측할 때는 동시에 A와 B에 도달하지만, 행성에서 빛을 관측할 때에는 우주선이 움직이기 때문에 A보다 B로 먼저 도달하게 된다.[그림 4] 동시성의 상대성다. 특수 상대성 이론에서 나타나는 현상1) 시간 지연정지한 관측자가 빠르게 움직이는 관측자의 시간을 보면 느리게 가는 현상이다. 정지한 관측자가 빠르게 움직이는 관측자의 빛 시계를 보면 빛이 더 먼 거리를 이동하기 때문에 일어난다. 아래 그림과 같이 우주선의 빛 시계를 행성의 지면에 있는 관측자가 보았을 때 우주선의 시간이 느리게 관측된다. 이는 반대로 우주선 안의 관측자가 행성의 지면에 있는 관측자의 빛 시계를 보아도 같은 현상이 일어나게 된다. 만약 한 우주선의 속력이 광속의 80%이면 시간 지연율이 60%가 되어 관측자의 1시간이 상대방의 시간은.6시간(36분)이 된다. 광속의 99%일 경우에는 시간 지연율이 14.1%가 되어 관측자의 1시간이 상대방의 시간은 0.141시간(8분 46초)이 된다. 그렇다면 광속의 100%일 경우에는 시간 지연율이 0%가 되어 관측자의 1시간은 상대방의 시간은 정지한 상태가 된다.[그림 5] 시간 지연2) 길이 수축관측자가 아주 빠르게 움직이는 물체의 길이를 측정할 때, 그 물체가 멈춰있었을 때의 길이보다 더 작게 측정되는 현상이다.[그림 6] 길이 수축3. 쌍둥이 역설이 이야기는 시간의 상대성을 설명할 때 자주 쓰이는 것으로, 쌍둥이 중 한 명이 우주 비행사가 되어 우주로 나간 후 일어나는 현상에 대해서 설명한다. 우주로 나간 한 쌍둥이가 우주 비행을 마치고 지구로 돌아왔을 때, 다른 쌍둥이는 이미 늙어 있었다는 이야기이다. 이는 특수 상대성 이론의 시간 지연에 대한 이야기이다.[그림 7] 쌍둥이 역설Ⅲ. 연구방법, 연구 결과 및 논의1. 문제 인식앞서 설명한 쌍둥이 역설에는 우주에 나간 쌍둥이와 지구에 있던 쌍둥이와의 시간차이가 있어 우주에 나간 쌍둥이가 지구로 돌아왔을 때 서로 나이 차가 생기게 되었다. 하지만 지구에 있는 쌍둥이가 우주로 나간 쌍둥이의 시간이 느리게 간다고 관측하는 반면, 우주로 나간 쌍둥이도 똑같이 지구에 있는 쌍둥이의 시간이 느리게 간다고 관측할 것이다. 지구에서 바라본 우주선의 속력과 우주선에서 바라본 지구의 속력이 같기 때문에 이들의 시간차는 없어야 하고 따라서 나이차도 없어야 한다. 하지만 쌍둥이 역설에서는 이 둘의 나이차가 존재하기 때문에 이에 궁금증이 생겼다.2. 가설 설정같은 나이인 관측자가 둘이 있는데 지구에 있는 관측자가 본 우주선의 속력과 우주선에 있는 관측자가 본 지구의 속력이 같기 때문에 이 둘의 시간차는 없을 것이다. 따라서 이 둘의 나이차도 없을 것이다.3. 탐구 과정이에 대한 정보를 얻기 위해 ‘쌍둥이 패러독스 (이광수, 이주현)’와 ‘세상에서 가장 재미있는 상대성 이론 (사카이 쿠니요시)’를 읽었다.가. 쌍둥이 패러독스 ? 이광수, 이주현지구에 있는 관측자의 10년은 우주로 나간 관측자의 6년과 같고, 우주에 나간 관측자의 6년은 지구에 있는 관측자의 3.6년과 같다.나. 세상에서 가장 재미있는 상대성 이론 ? 사카이 쿠니요시우주로 나간 관측자는 지구에서 멀어질 때 가속하고 다른 행성(중력원)과 가까이 갔을 때 감속을 한 뒤 다시 지구로 돌아올 때 가속을 하고 지구와 가까워 질 때에는 감속을 하기 때문에 중력퍼텐셜 차이가 나게 된다. 또한 우주선이 지구로 돌아올 때 방향을 전환하기 때문에 관성력이 작용하고 다른 행성(중력원)의 중력에 의해 시간이 더 느리게 가게 된다. 그렇기 때문에 우주에 나간 관측자가 다시 지구로 돌아왔을 때 지구에 남아있던 관측자보다 더 젊게 된다.

공학/기술| 2022.03.15| 7페이지| 3,500원| 조회(349)

일반물리학, 쌍둥이 역설, 탐구보고서, 과학 보고서

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일반물리실험(1) 힘의 합성과 분해 결과보고서

실험 제목힘의 합성과 분해실험일시2021.3.16학과(요일/교시)기계공학부(화/7,8교시)조3보고서작성자 이름[1] 서론이 실험의 목적은 질점으로 취급할 수 있는 원형 고리의 세 군데에 실을 묶고 각각의 실에 추를 매달아 장력을 작용시켜 힘의 평형을 실험해보고, 장력의 크기와 방향에 변화를 줌으로써, 벡터인 힘의 합성과 분해를 이해하는 데에 있다. 추의 질량을 변화시켜 실에 걸리는 장력{vec{A}},{vec{B}},{vec{R}}의 크기에 변화를 주어 원형 고리가 각도기의 정중앙에 오게 하여 힘{vec{A}},{vec{B}}의 합력인{vec{C}}의 변화를 확인한다. 또한, 도르래를 움직여 세 힘의 방향에 변화를 주어 두 힘{vec{A}}와{vec{B}}사이의 각만을 변화시켜 원형 고리가 각도기의 정중앙에 오게 하여{vec{C}}의 변화를 확인한다. 이를 통해 이론값{vec{C}} _{(이론)}과 실험값{vec{C}} _{(실험)}의 일치를 확인하고 두 힘의 합성이 각 힘의 크기와 방향에 모두 관계함을 확인한다.[2] 실험값? 중력가속도의 크기 g = 9.80665 m/s.m _{A}? ,m _{B},m _{R}은 추와 추걸이의 무게를 측정한 값이다.(1) 두 힘{vec{A}}와{vec{B}}의 크기만 변화① 세 힘{vec{A}},{vec{B}},{vec{R}}과 관련된 각과 질량의 측정회theta _{A}theta _{B}theta _{R}m _{A}m _{B}m _{R}114.5˚61.5˚36.0˚40.71 g40.68 g75.07 g214.5˚61.0˚35.5˚60.77 g50.91 g104.03 g314.0˚60.5˚36.5˚60.77 g70.95 g124.11 g414.0˚61.0˚36.5˚81.14 g81.23 g144.14 g514.5˚61.5˚35.5˚111.13 g101.23 g183.97 g② 두 힘{vec{A}}와{vec{B}}의 합력의 이론값{vec{C}} _{(이론)}과 실험값{vec{C}} _{(실험)}의 비교회C _{(이론)}phi C _{(실험)}theta _{R}{C _{(이론)} -C _{(실험)}} over {C _{(이론)}} TIMES 100%{phi - theta _{R}} over {phi } TIMES 100%174.6g N38.0˚75.07g N36.0˚-0.58%5.2%2103g N35.6˚104.03g N35.5˚-1.31%0.2%3121g N39.2˚124.11g N36.5˚-2.49%6.8%4149g N37.5˚144.14g N36.5˚3.20%2.7%5195g N36.8˚183.97g N35.5˚5.55%3.6%평균129g N37.4˚126.26g N36.0˚2.12%3.7%* 계산의 편의상 중력가속도는 수치화하지 않고 문자 g 그대로 쓴다.(2) 두 힘{vec{A}}와{vec{B}} 사이의 각만 변화① 세 힘{vec{A}},{vec{B}},{vec{R}}과 관련된 각과 질량의 측정회m _{A}m _{B}m _{R}theta _{A}theta _{B}theta _{R}140.71 g40.69 g80.25 g20.0˚40.5˚30.0˚240.71 g40.69 g75.07 g14.5˚49.0˚31.5˚340.71 g40.69 g71.42 g11.5˚62.0˚37.5˚440.71 g40.69 g65.12 g8.5˚84.5˚42.5˚540.71 g40.69 g55.01 g26.5˚124.5˚72.5˚② 두 힘{vec{A}}와{vec{B}}의 합력의 이론값{vec{C}} _{(이론)}과 실험값{vec{C}} _{(실험)}의 비교회C _{(이론)}phi C _{(실험)}theta _{R}{C _{(이론)} -C _{(실험)}} over {C _{(이론)}} TIMES 100%{phi - theta _{R}} over {phi } TIMES 100%180.1g N30.2˚80.25g N30.0˚-0.19%0.8%277.7g N31.7˚75.07g N31.5˚3.43%0.8%373.6g N36.7˚71.42g N37.5˚2.99%-2.1%464g N46˚65.12g N42.5˚-1.52%8.6%553.4g N75.5˚55.01g N72.5˚-3.01%4.0%평균70g N44˚69.37g N42.8˚0.90%2.7%* 계산의 편의상 중력가속도는 수치화하지 않고 문자 g 그대로 쓴다.[3] 결과 분석두 힘{vec{A}}와{vec{B}}의 크기만 변화시키는 실험에서C _{(이론)}의 평균값은 129g N,C _{(실험)}의 평균값은 126.26g N이 나왔고, 2.12%의 오차율이 나왔다.theta _{R}의 이론값인phi 의 평균값은 37.4˚이고,theta _{R}의 평균값은 36.0˚이 나왔고 3.7%의 오차율이 나왔다. 각 추와 추걸이의 무게인 세 힘의 크기m _{A},m _{B},m _{R}가 커질수록 두 힘{vec{A}}와{vec{B}}의 합력인{vec{C}} _{}이 커지는 것을 알 수 있다. 또한, 이론값{vec{C}} _{(이론)}과 실험값{vec{C}} _{(실험)}의 오차율의 절댓값도 커지는 것을 확인할 수 있다.phi 는 최대 3.6˚,theta _{R}은 최대 1˚의 차이가 나는 것으로 보아 거의 값에 변동이 없는 것을 확인할 수 있다. 그리고 이론값phi 가 항상 실험값theta _{R}보다 크게 측정되는 것을 볼 수 있다.두 힘{vec{A}}와{vec{B}} 사이의 각만 변화시키는 실험에서C _{(이론)}의 평균값은 70g N,C _{(실험)}의 평균값은 69.37g N이 나왔고, 0.90%의 오차율이 나왔다.theta _{R}의 이론값인phi 의 평균값은 44˚이고,theta _{R}의 평균값은 42.8˚이 나왔고 2.7%의 오차율이 나왔다. 두 힘{vec{A}}와{vec{B}} 사이의 각 (theta _{B}-theta _{A})가 커질수록{vec{R}}의 각theta _{R}이 커지는 것을 알 수 있다. 반면, 두 힘{vec{A}}와{vec{B}}의 합력인{vec{C}} _{}는 작아진다. 이론값phi 가 대부분 실험값theta _{R}보다 크게 측정되는 것을 볼 수 있다.[4] 오차 논의 및 검토위 실험의 결과들을 통해 두 힘{vec{A}}와{vec{B}}의 합성{vec{C}} _{}가 각 힘의 크기와 방향에 모두 관계함을 확인할 수 있다. 이는 벡터가 크기와 방향을 모두 갖는 물리량이기 때문에, 벡터의 합성을 할 때, 힘의 크기와 방향을 모두 고려해야 한다는 것을 의미한다.실험 결과를 살펴보면, 각 추와 추걸이의 무게인 세 힘의 크기m _{A},m _{B},m _{R}가 커질수록 이론값{vec{C}} _{(이론)}과 실험값{vec{C}} _{(실험)}의 오차율의 절댓값도 커진다. 이는 질량이 커질수록 힘의 크기가 커져 도르래와 실 사이의 수직항력이 증가하여 마찰력을 증가시켰기 때문이다.m _{A},m _{B},m _{R}가 가장 작을 때와 가장 클 때의 오차율을 비교해보면, 4.97%정도 차이가 난다. 그러므로 이로 인한 오차가 크게 발생한다는 것을 알 수 있다.오차의 원인으로 각도기의 눈금이 1˚로 인한 오차를 생각해볼 수 있다. 각도기의 눈금으로 인한 오차+- 0.5˚로 정하고 가장 오차가 큰 두 번째 실험의 4회차phi 와theta _{R}의 결과를 보정하면,phi 은 47˚,theta _{R}은 43.0˚가 되고 8.5%의 오차율을 가지게 된다. 0.1% 오차가 보정되었다.실험을 진행할 때, 실의 수평을 확인하거나 원형 고리가 각도기 중앙으로 왔는지 확인하는 것은 모두 육안으로 확인했다. 그러므로 완벽히 정확하게 수평을 맞추거나 원형 고리가 각도기 중앙에 오도록 하는 것이 힘들다. 이를 통해 오차가 생긴다.

공학/기술| 2022.03.15| 3페이지| 2,000원| 조회(524)

일반물리실험, 기계공학부, 벡터, 합성과 분해, 힘의 합성, 힘의 합성과 분해

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창의와 소통 _ 중간시험 대체 과제 - 렌즈에세이

[중간시험 대체 과제 ? 렌즈 에세이]기계공학부1. 마인드 맵 (글쓰기 전 단계)① 중심 소재 (발신자)- 지정 텍스트 : 피로사회(한병철) ＋ 철수사용설명서 (전석순)- 주제 : 성과 사회에서의 철수의 역할② 독자 분석 (수신자)- 독자에게 익숙한 어휘, 용어 : 전자레인지, 이름- 독자에게 익숙한 장르 : 에세이- 독자의 기대 : 이 글을 통해 위로를 받고 싶다.③ 글을 쓰는 목적요즘 사회는 성과를 중요시하는 성과 사회이다. 성과 사회에서 철수는 어떠한 성과도 내지 못하고 있다. 주변에서는 할 수 있는데 철수가 어느 노력도 하지 않는다고 말하며 철수를 낙오자로 만든다. 하지만 전자레인지를 예로 들면 전자레인지는 음식을 데우는 역할을 하기 위해 태어나 이 역할을 잘 수행하면 전자레인지라는 이름을 부여한다. 하지만 우리 인간은 어떤 역할을 하기 위해 태어나지 않았고 역할과 상관없이 이름을 가지게 된다. 사회는 이런 인간에게 왜 제품의 기능을 수행하도록 강요하는지에 대한 글을 쓰고 싶었다.④ 핵심어 & 핵심 간 유사성, 연관성 만들기- 핵심어 : 인간과 제품, 사회, 관계, 기업- 핵심 간 유사성, 연관성 : 사회와 관계는 인간에게 제품과 같이 역할을 수행하도록 만들고 있다. 사회에서 관계를 만들어 인간에게 역할을 부여하는데 이는 제품에게 역할을 주어 일을 시키는 것과 비슷한 맥락이다.⑤ 핵심어 → 문장- 사회는 인간과 제품을 동일시하도록 하고 있다.- 사회가 관계를 통해 인간을 만들어내는데 이때 인간에게 역할을 부여한다.- 기업은 인간이 그 역할을 잘 수행하는지를 평가하고 잘 수행한다고 생각하면 채용해서 인간을 사용한다.- 이는 인간을 제품처럼 사용하고 있다고 여겨진다.⑥ 내 글에 적용할 렌즈- 전자레인지 : 제품 중 하나인 전자레인지로 인간 중 하나인 철수와 비교하기 위해 만든 렌즈이다.- 전자레인지를 만든 회사 : 전자레인지에게 역할을 부여하고 제품을 사용할 수 있도록 세상에 내보낸다. 이는 회사가 사회의 역할을 한다고 생각해서 만든 렌즈이다. 사회도 인간에게 직업이라는 역할을 부여하고 기업이 인간을 사용할 수 있도록 하기 때문이다.- 전자레인지를 사용하는 사용자 : 전자레인지의 역할을 평가하고 다른 전자레인지들과 비교 분석해서 자신이 쓸 전자레인지를 골라 산다. 이는 기업에서 필요한 역할을 가진 인간을 평가하고 다른 인간들과 비교해서 기업이 쓸 인간을 채용하기 때문에 이 렌즈를 선택했다.⑦ 마인드맵2. 렌즈 에세이 글쓰기? 발표 텍스트 : 개미도 노래를 부른다? 에세이 텍스트 : 피로사회 + 철수사용설명서? 에세이 주제 : 성과 사회에서 철수의 역할? 나의 렌즈 : 전자레인지, 전자레인지를 만든 회사, 전자레인지를 사용하는 사용자? 제목 : 인간과 제품을 동일시여기는 사회”너 시험 잘 봤니?“, “너 취업했니?”, “너 승진은 했니?” 이런 말들을 들어보신 분들이 많을 것이다. 이는 요즘 사회가 성과 중심으로 돌아가고 있는 성과 사회라는 것을 알 수 있는 말들이다. 이처럼 요즘 사회는 성과를 중심으로 하는 성과 사회이다. 성과를 내야 좋은 것이고 성과를 내지 못하는 것은 나쁜 것으로 분류되고 있다. 이렇게 성과만을 중시하는 것은 제품과 인간이 다를 바가 없다고 생각한다.제품은 특별히 수행해야 하는 역할을 준다. 그래서 우리는 이 임무를 수행해야만 제품을 사용한다. 제품 역시 이 임무를 수행하기 위해 존재한다. 하지만 성과 사회는 이런 제품처럼 인간을 사용한다. 쉽게 설명하기 위해 ‘철수사용설명서’의 철수를 인간 대표로 사용하고 전자레인지를 제품 대표로 사용하겠다.전자레인지는 만든 목적이 명확하다. 바로 음식을 데우는 역할이다. 이 역할을 수행하는 제품을 전자레인지라고 이름을 붙였다. 전자레인지를 만든 회사는 여러 부품을 조립해서 하나의 전자레인지를 만들어 낸다. 그러고는 사용자를 위해 사용설명서를 작성한다. 사용설명서에는 전자레인지 사용 방법과 기능, 부분 명칭, 유의 사항 등을 적어 놓는다. 이렇게 만들어진 전자레인지는 시장에 내놓아져 사용자들의 선택을 받을 때까지 어필해야 한다. 자신의 기능을 표현하고 다른 제품들보다 나은 점을 설명해 사용자에게 선택받기를 기다린다. 하지만 종종 선택받지 못하는 경우도 생긴다. 많은 사람에게 선택받지 못한다면 회사가 망하기도 한다.

독후감/창작| 2022.03.15| 3페이지| 2,000원| 조회(334)

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글쓰기 영화 보고서 _ 영화 <승리호> 속 과학 - 우주 쓰레기와 라그랑주 점, 인공 중력 -

영화 에 대한 보고서영화 속 과학- 우주 쓰레기와 라그랑주 점, 인공 중력 -글쓰기강** 교수님5월 27일기계공학부 양**1. 서론2. 우주 쓰레기3. 라그랑주 점4. 인공 중력5. 결론1. 서론는 한국 최초의 SF영화로 넷플릭스 오리지널로 개봉되었다. 정성진, 정철민 VFX 수퍼바이저가 57회 백상예술대상에서 영화 예술상을 받았다. 2092년 지구가 황폐해져 더는 사람이 살 수 없어 인류의 5%만 UTS라는 새로운 보금자리에서 지내고 나머지 인류는 우주를 떠돌아다니며 살아간다. 주인공은 태호, 장선장, 타이거 박, 업동이로 우주선 ‘승리호’를 이끄는 선원들이다. 이들은 우주 쓰레기를 주워 돈을 벌어 살아가고 있다. 어느 날, 사고 우주정을 수거한 ‘승리호’에서 그 안에 숨어있던 대량 살상 무기로 알려진 인간형 로봇 ‘도로시’를 발견하게 된다. 돈이 절실했던 선원들이 ‘도로시’를 거액의 돈과 맞바꾸는 위험한 거래를 계획한다.이 영화는 SF영화로 상상력을 기반으로 만들어졌지만, 그 속에는 과학이론이 기반을 두고 있다. ‘승리호’의 선원들은 우주 쓰레기를 수거하며 돈을 벌어가고 있다. 이 우주 쓰레기는 현실에서도 매우 관심이 있는 부분이다. 현재 인공위성이나 우주선 등으로 인한 우주 쓰레기가 많아지면서 여러 사고를 일으킬 수 있어 위험한 수준에 다다랐기 때문이다. 그래서 우주 쓰레기를 청소하기 위해서 방안을 마련하기 위해 많은 기업과 정부들은 많은 노력을 기울이고 있다. 또한, 영화에서 우주 쓰레기들이 모여 정지해 있는 ‘라그랑주 점’을 보여준다. 이 역시 실제로 존재하는 부분으로, 5개의 점 중 2개의 점이 매우 안정하다. 안정적인 점에서는 모든 물질이 힘을 가하지 않아도 정지할 수 있다. 마지막으로 중력이 없는 우주에서 주인공들은 ‘승리호’에서 지구에서와같이 걸어 다닌다. 이는 인공 중력을 이용해야 무중력인 우주에서 중력을 느껴 잘 걸어 다닐 수 있다.2. 우주 쓰레기우주 쓰레기는 최초의 인공위성 스푸트니크 1호 이후로 계속해서 보낸 인공위성들이 고장 나서 생기거나 우주선의 파편 등으로 만들어진다. 이렇게 만들어진 우주 쓰레기는 지구의 주위를 계속 돌고 있다. 우주 쓰레기의 크기는 지름 10cm 이상부터 1mm까지 다양하게 존재한다. 아무리 작은 우주 쓰레기라도 우주 쓰레기는 우주 공간에서 총알보다 빠른 시속 2만km로 비행한다. 그러므로 우주 쓰레기를 맞으면 굉장히 위험하다.매우 많은 양의 우주 쓰레기가 존재해 이를 처리하는 방안을 고안하는 노력이 이루어졌다. 현재까지 제안된 여러 가지 처리 방법이 있다. 우주 그물은 청소 인공위성이 그물로 우주 쓰레기를 모으는 방법이다. 이 방법을 이용하여 영국 위성 전문업체 ‘서리 새털라이트 테크놀로지’가 초소형 위성 ‘리무브데브리스(RemoveDebris)’가 개발되었다. 청소 위성을 이용하는 방법은 청소 위성이 집게로 우주 쓰레기를 붙잡아 함께 대기권으로 떨어지거나 우주 쓰레기를 잡아 회전하면서 지구의 대기권이나 우주 밖으로 던지는 방법이 있다. 스위스 스타트업 ‘클리어스페이스’의 ‘베스파(VESPA)’와 일본 스타트업 ‘아스트로스케일’의 ‘ELSA-d’가 로봇팔이나 커다란 자석을 이용하여 우주 쓰레기를 대기권에서 소각되게 한다. 다음으로 레이저 빗자루가 있다. 지상에서 레이저를 발사하여 우주 쓰레기의 궤도를 바꾸어 한곳을 모으거나 지구 대기권으로 떨어지게 하는 방법이다. 일본의 위성통신 회사 ‘스카이퍼펙트JSAT’는 먼 거리에서 레이저를 쏘아 우주 쓰레기가 대기권으로 떨어지게 하는 위성을 2026년까지 개발하겠다고 발표했다. 전자기 밧줄을 인공위성에 부착한 후 지구 자기장의 상호작용으로 인공위성을 스스로 지구 대기권으로 향하게 하는 방법이 있다. 일본우주개발기구(JAXA)가 현재 개발 중이다. 탄성이 강한 거대한 막을 우주에 보내 여기에 충돌한 우주 쓰레기가 에너지를 잃고 지구 대기권으로 떨어지게 하는 방법도 있다. 러시아 스타트업 ‘스타트로켓’이 끈끈한 물질을 이용해 우주 쓰레기를 포획한 다음 대기권으로 떨어뜨리는 것을 목표로 하고 있다.영화 ‘승리호’에서 나온 방식은 작살을 이용해서 우주 쓰레기를 붙잡고 버리는 것이 아닌 직접 끌고 간다. 하지만 이는 우주 쓰레기의 속력을 고려해봤을 때, 매우 위험한 일인 것을 알 수 있다. 시속 2만km의 우주 쓰레기를 작살로 잡는 것도 위험하지만, 우주 쓰레기를 잡더라도 우주 쓰레기가 바로 멈추지 않고 관성으로 인해 ‘승리호’가 우주 쓰레기와 함께 우주 쓰레기의 운동방향으로 계속 나아갈 것이다. 따라서 영화처럼 우주 쓰레기를 바로 낚아채서 날아가기는 힘들다.3. 라그랑주 점라그랑주 점은 수학자 조제프 루이 라그랑주가 처음 발견한 우주에서 다른 천체들의 영향으로 힘이 상쇄되어 매우 안정한 지점을 이르는 말이다. 케플러운동을 하는 두 천체를 연결하는 직선 상의 3점과 두 천체와 정삼각형을 이루는 2점, 이 5개의 점이 라그랑주 점이다. 그 중 두 천체와 정삼각형을 이루는 두 개의 점이 가장 안정하다. 모든 물질에는 만유인력이 작용하고 있어 멈춰있지 못하고 계속 힘을 받아 이동한다. 그래서 정지해있기 위해서는 만유인력의 반대방향으로 계속 힘을 가해야 한다. 하지만 이 라그랑주 점은 이 점에 작용하는 모든 힘이 서로 상쇄되어 알짜힘이 0이 되므로, 아무런 힘을 가하지 않아도 정지해 있을 수 있다. 그래서 영화에서는 이 지점으로 우주 쓰레기들이 모여 있는 공간으로 나타났다. 이 라그랑주 점이 아무 힘을 받지 않고 정지해 있을 수 있는 지점이기에 중요한 우주 시설을 설치하기 위한 최적의 장소로 여겨지고 있다. 특히 우주정거장을 설치하는 데 가장 적합한 장소로 평가받는다. 지금까지 우주정거장을 설치하기 위해서는 계속 힘을 가해야 정지해 있기에 많은 연료를 소모했다. 하지만 라그랑주 점에 설치할 경우 연료 소모 없이 정지할 수 있어 유지 비용이 획기적으로 절감된다.4. 인공 중력인공 중력을 다루기 전에 중력에 대해서 알아야 한다. 중력은 두 물체가 서로 끌어당기도록 하는 힘이다. 우리가 땅 위를 걷는 것, 사과가 땅에 떨어지는 것, 달이 지구 주변을 도는 것은 모두, 모든 물체가 서로 당기기 때문이다. 흔히 지구가 사과를 당긴다고 표현하지만, 정확히 말하면 지구와 사과는 서로 당긴다고 말하는 것이 정확하다. 사과는 가벼워서 잘 움직이지만, 지구는 무거워서 잘 움직이기 어려워 사과만 움직이는 것처럼 보인다. 땅 위를 걷는 것도 마찬가지로 지구가 우리를 잡아당기기 때문에 지구 위에서 걸을 수 있다. 하지만 우주에서는 지구와의 거리가 멀어 중력이 작아져서 걷기 힘들다. 하지만 영화에서는 ‘승리호’ 안에서 자유롭게 걸어 다닌다. 이는 ‘승리호’ 안에 중력이 작용한다는 것을 의미한다. 현대 과학으로 우주선 내에 인공 중력의 적용하는 방법이 두 가지가 있다. 하나는 우주선 내부에 가속도 장비를 장착하여 가속도를 만들어 내는 방법과 다른 하나는 우주선 자체 회전을 통해 중력을 생산하는 방법이다. 우주선 자체를 회전시키기 위해서는 기술적인 면을 포함하여 엄청난 비용이 요구되어 우주선 내부에 가속도 장비를 장착하는 방법이 더 현실성 있게 고려되고 있다. 영화에서는 인공 중력을 만들어 내는 장비나 우주선 자체를 회전시키는 것을 보지 못했다. 그냥 단순히 지구 내에서 비행선을 타는 것처럼 표현되었다.5. 결론영화 ‘승리호’ 안에 숨어 있는 과학적 내용을 끄집어 정의에서부터 현실에서 어떻게 적용되고 있는지 등에 대해서 다뤘다. 영화 속 과학이 항상 맞게 적용되는 것이 아니지만, 완전히 판타지로 분류할 수 없다. “SF 장르는 과학적인 근거, 혹은 과학에 대한 우리의 가치관에 근거를 두고 있기 때문이며, 이 부분이 판타지와 SF를 구분할 수 있는 핵심적인 요소이다.” 영화가 완벽히 모든 과학 법칙을 만족하게 할 수 없어 과학적 오류가 발생할 수도 있지만, 영화 속에서 적절하게 과학을 사용하면 영화를 더 풍성하게 만들 수 있다. SF 영화를 통해서 새로운 과학적 지식을 쌓을 수도 있고 과학적 지식이 많을수록 SF 영화가 새롭게 보일 것이다.참고문헌1. 기초 자료조성희(2020), 2. 인터넷 자료[네이버 지식백과] 라그랑주 점 [Lagrangian point] (두산백과)(https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1086511&cid=40942&categoryId=32286)[네이버 지식백과] 우주쓰레기 [space debris] (천문학백과)

독후감/창작| 2022.03.15| 5페이지| 2,500원| 조회(272)

과학, 영화, 보고서, 글쓰기, 영화보고서, 승리호

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