21st OPENLAB

1. 행 사 명 : 2017년 제21회 물리 OPEN LAB2. 목 적 : 일반인에 물리를 직접 체험할 수 있는 기회 제공3. 일 자 : 2017.05.12(金) 오후2시 - 2015.05.13(土) 오후 5시4. 장 소 : 2물리관 105호, 106호, 303호, 403호5. 참석인원 : 약 1500명

순서

1. 무선충전기

2. 아두이노 균평판 및 날씨상자

3. unity 시뮬레이션

4. 자기부상열차

5. 렌즈의 수차

6. 역학도미노

7. Wave Pendulum Machine

8. 포토존

2017 오픈랩 참여인원학생회❑학생회장 : 이완규❑부학생회장 : 이수민❑총무 : 손보경, 사공가희 ❑홍보부 : 권지은 ❑미화부 : 백종현, 김현지, 조현정, 배준철

Wave pendulum ❑조장 : 권한솔, 박성혁❑조원 : 이진식, 김경은, 김무성

렌즈의 수차❑조장 : 윤도경❑조원 : 강주형, 김민지, 김유석, 박성욱, 이병호, 이상국, 이승엽, 지수정, 최지수

UNITY❑조장 : 최재환❑조원 : 박준영, 심기성, 선우현, 최이난, 김서희, 임현지

무선충전기❑조장 : 권민재❑조원 : 김동환, 김민지, 박준영, 안규림

역학도미노❑조장 : 신창민❑조원 : 정의석, 최문건, 조희수, 고수연, 서재희

자기부상열차❑조장 : 양진혁❑조원 : 곽두은, 허지우, 강명준

아두이노 자세조절장치❑조장 : 변진호❑조원 : 강진원, 주태성, 최철원

2017 OPEN LAB

❏ 일 시 : 2017.05.12(금) ~ 2017.05.13(토)

❏ 목 적 : 일반인 및 초중고교생 들을 대상으로 물리현상을 흥미롭게 체험 할 수 있는 기회 제공

❏ 참가 인원 : 물리학과 13 이완규 등 42명, 물리교육과 40명

❏ 장 소 : 제2물리관 튜터실, 제2물리관 실험실

❏ 오픈랩종목 : 무선충전기, 아두이노&날씨상자, UNITY시뮬레이션, 자기부상열차, 렌즈의 수차, 역학도미노

❏ 내 용 :

시간 일정 비고금요일 오픈랩 1일차

13:00~13:15 학과장님 축사 리본컷팅식13:15~13:30 로켓발사 13백창훈 등 2명13:30~14:00 행사 진행 사전점검14:00~19:00 오픈랩 진행19:00~20:00 행사 종료 및 정리

토요일 오픈랩 2일차09:30~10:00 사전점검10:00~12:00 오픈랩 진행12:00~13:00 점심식사 (교대식)13:00~17:00 오픈랩 진행17:00~18:00 행사 종료 및 정리

무선충전기조장 : 15권민재

조원 : 16김두형, 17김민지, 17김동환, 17박준영

1. 목적유도전기장을 활용한 무선충전기로서 Faraday’s Law 와 물질 내의 자기장의 관여에 대해 보여줄 수 있다.

2. 방법Transmitter 회로에 전력을 연결하고, Receiver에 LED, 또는 USB Micro-B 등을 연결하여 전력이 있음을 볼 수 있는 장치를 만든다.

1) Faraday’s Law Transmitter 코일 내에 자기장이 발생함을 확인시키고Receiver 코일에 Transmitter 코일을 가까이 함으로서 자기장에 의

해 전력이 이동할 수 있음을 확인시켜 Faraday’s Law에 대하여 설명한다.

2) 물질에 의한 자기장의 관여Transmitter 코일과 Receiver 코일 사이에 철, 알루미늄, 구리, 종이를 끼워 Receiver 회로에 연결된 LED의 밝기가 줄어들거나 밝아짐을 확인하고 자기장이 외부 물질의 관여를 받을 수 있음을 (상자성 또는 강자성) 확인한다.

3. 추가소요물품

물품 수량회로부품 구입 -

외부 케이싱 제작 -포스터 제작 1

아두이노 & 날씨상자조장 : 변진호, 유승화

조원 : 강진원, 주태성, 최철원

1. 목적아두이노를 이용하여 여러가지 물리적 현상을 데이터화 할수 있으며 이를 통해 제어와 추가적인 물리현상을 보여줄 수 있다.

2. 실험 구상- 자세조절 장치터치스크린은 물체의 접촉을 인식할 수 있다. 여기에 물체를 올려놓아 물체의 위치와 속도를 측정하여 물체의 위치를 추적하고자 한다. 물체에 초기조건(속력, 위치)을 알고 나아가 물체에 특정 방향으로 힘을 가하여 물체의 운동을 조절 하고자 한다.

- 날씨 상자최근 주목받는 IOT는 인터넷으로 집안의 기기를 제어하는 것이다. 블루투스 통신을 이용하여 날씨 정보를 받아와 현재 날씨를 미니어쳐로 표현하는 것이다.

최근 주목 받는 IOT와 자동제어 프로젝트를 아두이노를 활용하여 손쉽게 접할 수 있다. 이를 이용하여 운동방정식에 대한 해석을 코딩 하는 등 물리와의 접목을 할 수 있다는 장점이 있다.

3. 추가소요물품물품 수량

터치스크린 1지지대 제작비 1포스터 인쇄 1

UNITY 물리 시뮬레이터조장: 15최재환,

조원: 15박준영, 16심기성, 16선우현, 16최이난, 17김서희, 17임현지

1. 목적UNITY물리엔진을 이용한 각종 물리 시뮬레이터를 만들고 물리 현상을 가시적으로 표현, 특정 조건에 대하여 실험할 수 있다.

UNITY 실행 화면

2. 원리 행성과 행성 사이에 작용하는 중력을 계산하기 위하여 각 행성간의 거리와 단위벡터를 구한다. 거리와 단위벡터를 이용하여 F=G(Mm/R^2)을 계산하고 힘을 작용하게 하면 중력에 의한 행성의 움직임을 프로그램 상에서 구현할 수 있다. 이를 바탕으로 여러 행성간의 중력에 의해 행성이 움직이는 궤도의 변화, 각 관성좌표계에서의 행성 운행을 살펴볼 수 있다.

3. 추가소요물품

4. 장점1) 다양한 플랫폼을 지원하여 윈도우, 맥, iOS, Android등에서 프로그램을 사용할 수 있다.2) 직관적이고 가시적인 시뮬레이션 제작환경을 가지고 있어 조건 수정이 간단하다. 3) 세이더, 물리 엔진, 네트워크, 오디오&비디오, 애니메이션 등의 기능을 자체적 지원한다.

물품 수량포스터인쇄 1

UNITY 세이더 1

UNITY 물리시뮬레이터최재환

박준영, 심기성, 선우현,최이난, 김서희, 임현지

1. 목적

3.질량부여와카메라제어

2. 도입

5.공전과자전

4.중력

6. 중력렌즈

UNITY물리엔진을 이용하여 물리 시뮬레이터(행성계)를 만들어보고물리 현상을 가시적으로 표현, 특정 조건에 대하여 실험한다.

UNITY 엔진

3d 비디오 게임이나 건축 시각화, 실시간 3d 애니메이션 같은인터랙티브 콘텐츠를 제작하기 위한 통합 저작 도구이다.

에디터는 윈도우, 맥os에서 실행되며 체험판을 무료로 제공하고 있다.

행성과 행성 사이에 작용하는 중력을 계산하기 위하여각 행성간의 거리와 단위벡터를 구한다. 거리와 단위벡터를 이용하여 F=G(Mm/R^2)을 계산하고 힘을 작용하게 하면 중력에 의한 행성의 움직임을 프로그램 상에서 구현할 수 있다

rigid body는 유니티 물리엔진에서 물체에 질량과 성질을부여한다. 물체의 병진운동과 회전운동에서 공기저항을 구현 할 수도 있다.

카메라를 마우스 방향에 따러 회전, 이동시키기 위한 코딩과 태양계 외부계에서 공전을 관찰하는 카메라와 행성 내부에서 일주운동을 관찰하는 카메라를 별도로 제어하기 위한코딩이 들어가게 된다.

행성의 공전과 자전을 태양계 외부에서 관찰하기 위한카메라를 F1키로 구현하였다. 각 행성들의 낮과 밤, 자전, 축의 기울어짐등을 관찰할 수 있다.

행성 내부 카메라는 F2~F8까지 구현하였으며 행성의궤적을 확인할 수 있다.태양 일주운동, 계절에 따른

태양높이변화, 달 모양변화,내행성과 외행성 운동의 차이등을 볼 수 있다.

UNITY쉐이더를 이용하여 중력렌즈를 구현하였다.위 사진은 중력렌즈에 의해 왜곡된 은하계.블랙홀 주변을 도는 강착원반을 추가하면인터스텔라와 비슷한 블랙홀 모양을 볼 수 있다.

자기부상열차 조장 : 16양진혁

조원 : 17곽두은, 17허지우, 17강명준

1.목적초전도체를 이용하여 임계온도 이하에서 발생하는 마이스너 효과를 이용하여 자기부상열차의 소형 모델을 만들어 본다.

2.원리그림(a)와 같이 임계온도 이상에서 초전도체를 균일한 자계 속에 놓고, 초전도체를 임계온도 이하로 냉각하면 그림(b)와 같이 초전도체에서 자계가 배제된다(완전 반자성).

마이스너 효과온네스에 의한 초전도의 발견 이후 20수년 동안 초전도는 단지 전기 저항이 0이 되는 상태라고 이해되었다. 그러다가 1933년에 독일의 물리학자인 마이스너(Meissner)와 옥센펠드(Ochsenfeld)는 초전도에 또 하나의 중요한 성질이 있음을 발견했다. 이것은 그다지 강하지 않은 자장(磁場) 안에 초전도체를 놓았을 때 자력선이 초전도체 밖으로 밀려 나오는 현상으로, 발견자의 이름을 따서 마이스너 효과라 부르고 있다.철(鐵)로 된 자석은 자계 안에 놓으면 자력선을 흡수하여 집중시키지만 마이스너 효과는 이것과 전혀 반대의 현상으로, 자력선을 밖으로 내어 쫒는다. 이와 같은 성질을 완전 반

자성이라 한다.마이스너 효과의 실험 예로 “뜨는 자석”의 실험이 있다. 이것은 금속 접시 위에 막대자석을 놓고 전체를 금속 접시의 임계온도 이하로 낮추면 막대자석이 만드는 자력선이 초전도 상태가 된 접시사이에 끼기 때문에 막대자석이 공중에 뜨는 현상이다. 무거운 자성체를 공중에 뜨게하는 이 마이스너 효과는 자기부상 열차에 응용되고 있다. 초전도 자석의 경량, 강자계의 특성을 살려 중량이 있는 열차를 지면에서 부상시켜 마찰 없이 달릴 수 있어 미래의 교통으로 유망하다.

3. 추가소요물품

물품 수량액체 질소 185L

접착제 3자동차 모형 1

액체질소보호구 1 set 포스터 인쇄비 1

소개

.

자기부상열차

조원 : 양진혁, 곽두은, 허지우, 강명준

21th

PhysicsOpen Lab.

원리

초전도체는 전기저항이 없는 물체를 말한다. 초전도 현상은 보통 매우 낮은 온도에서 나타나며, 온도가 올라가면 사라진다.

마이스너 효과는 초전도체가 자기장을 밀어내는 현상이다.

소개

자기부상열차모형

바퀴가 없기 때문에마찰 저항이 거의 없고그로 인해 낮은 동력으로 높은 속도를 얻을 수있고 진동과 소음이 거의 없어 승차감이 쾌적하다. 또한 곡선 주행시 안전하며 차체가 궤도를 감싸는 안전한 구조이므로 일반적으로탈선 가능성이 거의 없다.

마이스너 효과는 때때로 이상적인 도체에서 나타나는 반자성의 일종과 혼동하기 쉬우나, 다른 효과이

다.초전도체는 자기장이 변화하든 변화하지 않든 모든종류의 자기장을 밀쳐낸다. 즉, 일정한 자기장이 가해지고 있더라도 자기장을 밀쳐낸다.

위 사진처럼 초 전도체가 공중에 뜨는 현상이최근 발견되었다. 어떻게 공중에 뜰 수 있었을

까???

이현상은 초전도체의 또 다른 특성인 자력의 끈 현상 때문이다. 자력의 끈 현상이란 임계온도 이상에서 초전도체를 통과하던 자력이 임계온도 이하로 내려가게 되면서 초전도체 안에 갇히게 되면서 영구자석과 초전도체 사이에 인력이 발생하는 것이다.

렌즈의 수차조장 : 16 윤도경

조원 : 16강주형, 17김민지, 17김유석, 17박성욱, 17이병호, 17이상국, 17이승엽, 17최지수

1. 목적망원경으로 관찰할 때 생길 수 있는 수차의 종류와 그에 따른 원인과 보안 방법을 알 수 있다.

2. 방법렌즈의 수차를 직접 보여준 뒤 이를 보안하는 방법을 설명해 준다.

1) 색수차렌즈에서 하나의 상을 맺을 때 한점에서 나온 영상의 빛깔이 있어 보이거나 일그러지는 현상

2) 구면 수차망원경의 시야 중심에 별을 넣어 초점을 아무리 잘 맞추어도 별이 정상으로 보이지 안g고 원형으로 보이는 현상

3)코마수차코마수차(Coma-aberration:비대칭 수차) 란 광선이 광축과 평행하게 들어오지 않고 비스듬히 입사하는 경우에 상이 마치 혜성의 꼬리처럼 보이는 현상을 말한다.

4) 비점수차렌즈나 거울의 수직선을 따라 입사된 빛이 맺는 초점과 수평선을 따라 입사된 빛이 맺는 위치가 서로 달라 상이 한 점에서 초점을 맺지 못하는 현상

5) 왜곡 수차상이 각 방향으로 왜곡되어 보이는 것

6) 상면 만곡수차평면이 아닌 곡면에 상이 맺히는 것

3. 추가소요물품

물품 수량포스터 인쇄 1

역학 도미노조장 : 14신창민

조원 : 15정의석 16손보경 16조희수 16최문건 17고수연 17서재희

1.목적 우리주변에는 다양한 형태의 힘이 있다. 우리가 고안한 장치를 통해서 다양한 형태의 힘이 어떻게 작용하는지 알아보고 이 힘들이 어떻게 다른 형태를 바뀌는지를 과학적 원리에 의해 설명한다.

2. 방법 및 원리 (1) 맴돌이 현상 시간적으로 변화하는 자기장 내에 놓인 도체에는 전자기유도에 의해 발생하는 소용돌이 모양의 전류가 발생한다. 이 맴돌이 전류에 의해 자기장이 생기는데 이 자기장은 앞서 말한 변화하는 자기장의 반하는 방향으로 생긴다. 따라서 구리원통에 자석을 떨어트리면 낙하속도가 자유낙하보다 느려지게 된다.

(2) 가우스 가속기 쇠구슬이 자석에 가까이 다가가게 되면 자석의 자력에 의해 쇠구슬이 빠르게 자석에 부딪히게 된다. 즉 쇠구슬이 자석에 부딪히기 전 빠른 속도를 가지게 되고 이에 따라 운동량이 커지게 된다. 쇠구슬의 운동량은 자석과 부딪힌 후 자석 반대쪽에 있는 쇠구슬을 같은 운동량만큼 밀어내게 된다. 즉 완전탄성충돌에 의해 운동량이 보존되게 된다.

(3) 골드버그 장치 우리 주변의 에너지는 크게 운동에너지와 위치에너지로 구분할 수 있다. 골드버그 장치에서 중력에 의해 위치에너지를 가진 쇠구슬이 점점 운동에너지가 생기는 것을 보여줌

으로써 역학적 에너지는 보존됨을 알 수 있다.

(4) 전자기력 기차 건전지기차가 코일 안으로 들어가게 되면 그로 인해 구리 코일에 전류가 생기게 된다. 이 전류는 전자기 유도에 의해 자기장이 생긴다. 건전지 앞뒤로 붙어있는 자석과 이 자기장에 의해 생긴 자기력으로 인해 앞에서 당기고 뒤에서 밀어주는 힘이 생기게 된다.

우리 주변에는 다양한 힘들이 있다. 그 중 몇 가지 힘과 에너지에 대해 서로 어떻게 바뀔 수 있는지 알아보았고, 그 과정에 대해 이해해볼 수 있다.

3. 추가소요물품

물품 수량쇠구슬 1세트건전지 40개가우스 가속기 1개포스터 제작 1개

소개

내용레이저의원리

레이저(LASER) 란?LightAmplification byStimulatedEmission ofRadiation

빛증폭유도방출복사

레이저와일반빛의차이

1. 순수성2. 직진성

(a) 유도흡수 (b)자발방출 (c)유도방출

(a) 유도흡수 : 입사된빛을흡수하여전자가에너지를가짐(b) 자발방출 : 에너지를흡수한전자가자발적으로에너지를방출(c) 유도방출 : 입사된빛과같은특성을가진빛을방출하는것

레이저방출과정외부에서증폭매질에에너지전달>증폭매질에서 (자발, 유도)발출이일어남 > 방출된빛이증폭물질을반복하여통과하면서유도방출이일어남> 일부빛이부분거울을통과하여나옴

binary"10"

ascii-"e"(101)

우리는데이터를이진수로보내게된다.

광통신의과정1. 송신부에서전송하고자하는정보를빛신호로전환하고광섬유속으로빛을보낸다.2. 광섬유의코어속으로빛을입사시키면클래딩에전반사되며빛은진행해나가게된다.2+. 광통신에서빛신호가약해질때는광증폭기로증폭하여신호를강하게한다.3. 수신부에서는빛신호를다시원하는문자로변환한다.

골드버그장치 [Goldberg machine]란?

생김새나 작동원리는 아주 복잡하고 거창한데하는일은아주단순한기계를일컫는말으로만화적 상상력으로 만들어진 기계로 효율성보다는재미와기발함을전면에내세운장치이다.

광통신의적용분야광통신의특징

원리

역학적에너지보존역학적에너지: 위치에너지 + 운동에너지 = 일정

역학적에너지의값은물체가운동을시작한지점의높이를기준으로한위치에너지의값과동일하다.

실제우리가설정해준계에서는쇠구슬이완벽한고립계(중력만작용하는좌표계)에있지않으므로, 마찰과공기저항등의다른외력이작용하게되어서완벽하게역학적에너지가보존되지는않는다.

솔레노이드:도선을촘촘하고균일하게원통형으로길게감아만든기기. 에너지변환장치및전자석으로이용될수있다.

앙페르의법칙(Ampere뭩 Law)에의해서

( i는폐곡면를통과하는전류)이므로

(n=단위길이당감긴횟수)이고, 이로인해서건전지앞뒤에붙어있던자석이힘을받아서건전지기차가구리코일안에서움직이게된다.

원리

패러데이법칙 Paraday뭩Law(맴돌이전류)

역학도미노

조원 : 신창민, 정의석, 최문건, 손보경, 조희수,고수연, 서재희

21st

PhysicsOpen Lab.

골드버그

장치

Physics

역학

도미노

역학도미노란?

역학도미노는고전역학과전자기학의 4가지물리적원리가연쇄적으로도미노처럼이어지는일종의골드버그장치이다.

패러데이법칙

완전탄성충돌

전기장과자기장의상호간유도현상을설명하는법칙.임의의폐회로에서발생하는유도기전력의크기는폐회로를통과하는자기선속의변화율과같다는것을의미한다.

( =자기선속, =유도기전력)

여기서우변에 '- '가붙은이유는유도기전력은폐회로를통과하는자속의변화를방해하는방향으로발생하기때문이다.

-맴돌이브레이크자속과도체의상대운동으로인한자기장과와전류의작용으로상대운동을정지시키려는방향으로힘이생기는것을이용한것.

※렌츠의법칙전기회로에서발생하는유도기전력은폐회로를통과하는자속의변화에반하는유도자기장을만드는방향으로발생한다. 예를들어, 폐회로를통과하는자속이감소할경우이를증가시킬수있는유도자기장을만들기위해, 유도전류가그에맞는방향으로흐르게된다.

완전탄성충돌역학적에너지보존법칙에따라높이에비례하는위치에너지는속도의제곱에비례하는운동에너지로바뀔수있다. 따라서가우스가속기를이용하여쇠구슬의위치에너지가충돌로인해자석에붙어있는다른쇠구슬로에너지를전달하게되고, 마찰이나공기저항으로인해감소되는역학적에너지를자기력을통해서복원한다.이를통해완전탄성충돌을대략적으로보여줄수있다.

Wave Pendulum Machine조장 : 13권한솔, 13박성혁

조원 : 13이진식, 17김경은, 17김무성

1. 목적진자를 이용하여 파동의 개형과 중첩, 맥놀이 현상 등을 시각적으로 설명할 수 있다.

2. 방법 및 원리

등속원운동을 하는 물체를 옆에서 보면 일직선상에서 위 아래로 일정하게 왕복운동을 하는 것처럼 보일 것이다. 즉, 원판의 한 끝에 매달린 구는 원판의 중심에서 위 아래로 반지름 a만큼 떨어진 곳까지 직선으로 상하 운동을 반복한다. 이와같이 일정한 시간 간격으로 같은 운동을 반복하는 주기적인 운동을 단진동이라고 한다. 따라서 등속 원운동을 주기적으로 왕복하는 단진동임을 알 수 있다. 진자의 줄길이를 적절히 조절하면 여러 가지 진동의 개형을 관찰할 수 있다.

3. 추가소요물품물품 수량

포스터인쇄 1

포토존학생회❑ 이완규(학생회장) 이수민(부학생회장)❑ 손보경, 사공가희, 권지은, 백종현, 김현지, 조현정, 배준철

1. 목적: 오픈랩을 방문한 학생들에게 추억을 선물하기 위한 장소를 제공함