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2023년도 1학기 과학체험주간 활동보고서 양식(멘토 멘티용)

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1. 보고서를 제출할 때에는 자신의 게시물에 올릴 수 있도록 합니다.
2. 5/31 오후 9:00 까지 보고서를 제출할 수 있도록 합니다.
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1)보건계열

2)주제:솔레노이드 기차, 점탄성 실험

3)이론 솔레노이드 기차는 자석과 건전지의 전류가 구리용수철을 통과하면서 전류가 도선 주변에 형성되는 자기장과 기존의 자기장이 서로 상호작용하며 자석과 건전지를 밀어내는 원리이며, 점탄성 실험은 물체에 힘을 가했을 때 액체로서의 성질과 고체로서의 성질이 동시에 나타나는 현상이다.

4)알게된 점:전류에 의한 자기장의 활용사례로 자기 부상 욜차와 하드디스크의 정보 저장이 있다는 점을 알게 되었는데 특히 하드디스크의 정보 저장에서 전자석으로 이루어진 헤드에 전류가 흐르면 헤드 주위에 형성된 자기장의 방향대로 산화철 입자가 배열된다는 점이 신기했고 산화철 입자들이 디지털 방식의 정보를 저장한다는 것을 처음 알게 되었다. 그리고 점탄성 활용 사례로 쿠션 또는 메트리스에 사용되는 메모리폼과 완충제가 있다는 것을 알게 되었다.

5)진로와 연계하여 더 알아본 것:점탄성을 활용해서 메모리폼에 사용된다는 점이 신기해서 메모리폼에 대해 더 알아보았다. 수면시간은 사람들이 낮 시간 동안에 정상적으로 활동할 수 있도록 능력을 회복시키는 효과도 있고 피로 회복, 뇌 속의 노폐물 제거 등 필수적인 시간인데 필수적인만큼 편하게, 깊이 잘 수 있도록 침대 메트리스,비개가 중요하다. 메모리폼 매트리스는 압력이 가해지는 압점을 최소화하여 어깨, 엉덩이 등 굴곡진 부위룰 미세하게 고로 잡아줘 허리가 뜨지 않게 해주고, 셀구조로 되어있어 해충이나 진드기로부터 타소재대비 안전하다. 또한 천연매트리스 같은 소재는 열에 취약해 잘못 관리하면 딱딱하게 굳는 경화현상이 일어나 미세한 가루가 날릴 수 있는데 메모리폼 소재는 경화현상이 적게 일어난다. 다만 열을 머금는 성질이 있어 통풍이 잘 안되고 특유의 냄새로 인해 환기를 자주 해줘야한다.

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희망전공 생명과학 분야
활동주제 점탄성
관련이론 물체에 힘을 가했을 때 액체로서의 성질과 고체로서의 성질이 동시에 나타나는 현상
알게된 점,흥미로웠던 점,느낀점:전분에 들어있는 녹말의 가운데 분자구조가 비어있어 충격을 주면 빈공간이 넓어져 그 공간을 물이 채워넣어 단단해진다는 것을 직접 눈으로 보고 실험해보니 흥미로웠다.
진로와의 연계점:내 진로는 생명쪽이라 점탄성이 생명과 무슨관련이 있을지 생각해봤는데 점탄성을 이용해 원래는 측정할 수 없는 혈액이나 세포물질등 연성물질의 점탄성을 측정할 수 있는 장비도 만들어 생명과학(바이오,의료,제약)등에 쓰이고 있다는 내용을 찾았다.
더 알아본 것:점탄성 이외에 물리와 생명과학간에 연관되는 실험이 무엇이 있는지 찾아봤는데 현미경을 이용한 세포관찰,광합성과 세포호흡의 속도실험,삼투현상에 영향을 미치는 요인실험등 생명과 물리가 연관된 실험이 많았다.

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희망전공 : 공학계열(기계/컴퓨터공학)

활동주제1 : 점탄성

관련이론 : 전분을 구성하는 녹말은 나선구조로 이루어져 있고, 가운데 분자구조가 비어있어 물 분자의 출입이 자유롭다. 그리고 이 분자 모형의 나선형에 충격을 가해지면 나선형 공간이 넓어지고 이 공간에 물이 빨려 들어가게 되어 물의 농도가 낮은 고체 상태로 변하게 되는 것이다. 충격이 줄어들면 나선형 공간에 붙잡혔던 물이 빠져나와 용액의 농도가 묽어지고 액체 상태를 이루게 되는 것이다. 용액을 가해지는 힘이 강할수록 점탄성은 더 강해진다.

알게된 점 : 녹말과 물을 섞으면 점탄성이 생긴다는 걸 알게되었고, 나선 구조의 나선형 공간에 물이 붙잡힌다는게 정말 신기하였다.

진로와의 연계점 : 점탄성을 이용하여 장패드를 만들어보고싶다.

더 알아본 것 : 점탄성을 이용하여 진동에너지를 흡수하므로 완충제로 응용할 수 있다. 헬리콥터의 소음을 줄이거나 빌딩 건설 니 진동의 영향을 받지 않게 사용한다.

활동주제2 : 솔로노이드 기차

관련이론 : 자석과 건전지의 전류가 구리용수철을 통과하면서 전류가 도선 주변에 형성되는 자기장과 기존의 자기장이  서로 상호작용을 하며 자석과 건전지를 밀어내는 원리이다.

알게된 점 : 건전지가 전류공급의 역할을 대신하고, 전류공급으로 인하여 도선에 자기장이 생성되는 것을 알게되었다. 그리고 건전지에 자석을 붙이는 이유는 전류를 잘 통하게 하기 위해서이고, 자석을 붙인 건전지를 구리용수철에 넣슬 시 구리용수철 속에도 전류가 흐르는 것을 알게되었다.

진로와의 연계점 : 자동차도 화석에너지를 사용하지않고 자기장과 자기력으로 움직이게 만들었으면 좋겠다.

더 알아본 것 : 솔로노이드 기차의 원리로 자기부상열차나 하드디스크의 정보저장을 하게되었다.

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1) 희망전공:공학계열(기계공학,컴퓨턱공학)
2-1) 활동주제:점탄성
3-1) 관련이론:점탄성은 녹말과 물을 석은 액체가 띄는성질로 강한 충격을 받으면 그만큼 딱딱해지는 물질이다 이는 녹말분자가 나선형을띄고있어 물의 출입이 자유롭고 충격을 받게되면 나선형 공간이넓어져 물이 빨려 들어가고 고채로서의 성질을 띄게된다
2-2)활동주제:솔래노이드 기차의 원리
3-2)관련이론:솔래노이드 기차는 자기장을 이용해 작동된다 자석과 배터리가 구리 스프링을 통과할때 형성되는 자기장이 자석의 방향에 따라 배터리를 당기거나 밀어낸다.
4) 알게된 점, 흥미로웠던 점, 느낀점
이번 활동에 참여하여 알게된점은 점탄성의 워니이다 나선형 분자의 공간이 넓어짐에 따라 성질이 변하는것이 신기했다 또한 솔래노이드 구리 스프링은 배터리와 자석과 구리스프링만으로 구현이 가능하단겄이 놀라웠다
5) 진로와의 연계점:점탄성은 완충제나 메모리폼같은 실생활에 적용될 수 있는것이 많다 그중 완충제로서의 기능은 기계의 작동시 흔들림이나 소음을 줄여주거나 부딪힐  수 있는부분에 충격 흡수용으로 배치될 수 있을겄이다.
그리고 솔래노이드 기차는 자가부상 열차가 있는데 이는 전자석으로 움직이게 된다면 속도나 움직이는 방향들을 조정할 수 있을것이기에 그속엔 정교한 프로그램과 기계가 사요될 것이다.
6)더 알아본것:자가부상 열차에 흥미가 생겨 아주 조금더 자세히 알아보았다.
자가부상열차는 말 그대로 부상해 있는 열차인데 이는 상전도식,초전도식,인덕트랙식으로 나누어 진다 상전도식은 일반 전자석으로 ㄴㄱ모양으로 배치하여 연차른 잡아당겨 10cm정도 띄우는 형식이다.  초전도식은 초전도체 전자석으로 10cm 정도 띄우는것이 가능하다.그리고 인덕트랙식은 영구자석을 한바흐배열로 배치한 방식이고 부양력이 거의 없다. 이런 자가부상 열차는 기존의 열차보다 마찰이 줄어 속도는 빠르지만 기존 시설과 호환이 되지 않아 세로운 시설을 만들어야 된다는 단점이 있다.

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희망전공 : 신소재 공학

활동 주제 : 솔레노이드 기차, 점탄성 실험(감자전분 실험)

관련 실험 : 솔레노이드 기차-자석과 건전지의 전류가 구리용수철을 통과하면서 전류가 도선 주변에 형성되는 자기장과 기존 자기장이 서로 상호작용하여 자석과 건전지를 밀어내는 원리.(전류에 의한 자기장)

점탄성 실험 : 전분의 구성성분인 녹말은 나선 구조로 이루어져있고, 가운데 물 분자의 출입이 자유로운데, 이 분자 모형의 나선형에 충격을 가하면 나선형 공간이 넓어지고, 이 공간에 물이 빨려 들어가게 되면 액체로서의 성질과 고체로서의 성질이 동시에 나타나는 현상이 나타나는 원리.(점탄성)

알게된 점, 흥미로웠던 점, 느낀 점 : 솔레노이드 기차-유튜브에서 숏츠로 보던 솔레노이드 기차의 원리에 대해서 알게 되었고, 이 원리를 이용하여 자기 부상 열차 같은 다른 이동 수단도 만들 수 있다는 점이 흥미로웠다. 자기장을 이용하여 위의 것들 이외에 다양한 교통 수단을 만들 수 있다는 것을 느꼈다.

진로와의 연계점 : 내 진로는 신소재 공학인데, 솔레노이드 기차나, 자기 부상 열차의 가동에 쓰이는 재료 중 하나가, 요즘 각광받는 신소재 그래핀이다. 그래핀과 자기장의 성질을 이용하여, 솔레노이드 기차나 자기 부상 열차말고도 다른 이동 수단을 만들 수도 있다.

또한 점탄성을 이용하여, 나선형 구조의 신소재를 만들어, 힘을 가했을 때 액체로서의 성질과 고체로서의 성질이 동시에 나타나는 신소재를 만들어 새로운 쿠션이나 매트리스에 적용을 할 수도 있을 것이다.

더 알아본 것 : 솔레노이드 기차에서는 전류에 의한 자기장의 활용을 발견한 원리를 알아보았는데, 1824년, 덴마크의 물리학자이며 화학자인 외르스테드에 의하여 발견되어 전류의 자기 작용이라고 한다. 외르스테드는 볼타 전지를 이용한 전류를 연구하던 중 도선에 전류를 흐르게 한 순간 마침 도선 밑에 놓여 있던 나침반의 바늘이 움직이는 것을 우연히 발견하였다는 사실을 알아보았다.
점탄성 실험에서는 유리, 금속, 고무 등의 물질에서 발생하는 크리프(creep)와 회복이라는 것이 점탄성과 관련 있다는 것을 알아보았고, 크리프가 재료에 일정한 하중 또는 응력을 준 상태에서 변형이 시간과 더불어 변화하는 현상이라는 것을 알게 되었다.

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희망전공: 대기과학(환경과학)

활동 주제 1: 솔레노이드 기차

관련 이론: 자석과 건전지의 전류가 구리용수철을 통과하면서 전류가 도선 주변에 형성되는 자기장과 기존의 자기장이 서로 상호작용 하며 자석과 건전지를 밀어내는 원리.

알게된 점, 흥미로웠던 점, 느낀 점: 처음 신청서를 제출하면서 '솔레노이드 기차'를 봤을 때 정전기의 영향으로 줄줄이 엮여 나아가는 이미지를 떠올렸었는데 실제로 실험을 해보니 자기장을 이용해 용수철 안을 지나가는 것이 신기했고, 자석의 세기에 따라 속도도 조절할 수 있다는 점이 흥미로웠다. 그리고 이 원리가 자기 부상 열차에 활용된 것이라고 해서 놀랐는데 실험을 하면서 본 작은 건전지가 적은 거리를 이동하는 것은 쉬워 보였지만 몇 톤이나 되는 열차가 먼 거리를 이동한나고 생각하면 얼마나 큰 세기의 자석을 이용하고, 이로 인해 생겨나는 자기장이 어느 정도인지 체감이 되지 않아 놀라웠다.

진로와의 연계점: 자기장을 떠올렸을 때 뭔가 환경에 악영향을 끼치는 이미지가 따올라 찾아보니 엄청나게 심각한 영향을 끼치지는 않지만 어느정도 영향을 끼친다는 것을 알게됐다. 자기장이나 전기장으로 인해 몇몇 동물들이 죽거나 방향감각을 잃고(비둘기는 머리에 작은 자석알맹이 같은게 있는데, 이것으로 지구자기장을 탐지하여 이동한다. 그런데 다른 자기장이 생기면 혼란이 생긴다.), 꿀벌들이 죽는 경우도 있다. 자기장을 엄청 강하게 만들게 되면 신경에 전자기유도로 전기적 신호가 생겨 근육이 오작동 할 수도 있고, 알루미늄 캔을 두 동강 낼 수 있다. 그런데 의외로 송전탑이나 변전소애는 영향을 주지 않는다고 해서 신기했다.

활동 주제 2: 점탄성

관련 이론: 전분을 구성하는 녹말은 나선 구조로 이루어져 있는데, 가운데 분자구조가 비어있어 물 분자의 출입이 자유롭다. 이 분자 모형의 나선형에 충격이 가해지면 나선형 공간이 넓어지고, 물이 빨려 들어가게 되어 농도가 낮은 고체 상태로 변하는데, 충격이 줄어들면 붙잡혔던 물이 빠져나와 농도가 묽어지고 액체 상태를 이루게 된다.

알게된 점, 흥미로웠던 점, 느낀 점: 예전에 티비 프로그램에서 점탄성을 이용해 게임을 하는 것을 본 적이 있는데, 그 때는 그냥 빨리 달리면 딱딱한 고체인데 가만히 서 있으면 아래로 빨려 들어간다는 성질만 설명해서 무슨 원리로 이런 현상이 나타나는 것인지 궁금했었는데 이번 기회에 원리도 알게 되고 직접 경험도 해봐서 신기했다. 그리고 전분 가루를 푼 물이다 보니 점도가 있어 손에 묻은 것을 씻을 때 오래 걸릴 줄 알았는데 물에 금방 씻겨내려가서 흥미로웠다.

진로와의 연계점: 순수한 녹말은 차가운 물이나 알코올에서 용해되지 않는 하얗고 무맛, 무취인 가루인데, 이런 녹말이 연소하면 대기 중에서 어떤 형태로 있을 지 궁금해서 더 찾아보았더니 녹말의 연소 속도는 연소 조건과 관계있고, 분말상태로 공기중에 떠있는 경우에는 거의 폭발에 가까울 정도로 연소 속도가 빠르고, 덩어리로 연소할 경우에도 속도가 어느정도 빠른 수준으로 탄화되고 다공성의 숯형태로 연소되기 때문에 공기접촉만 많으면 상당히 빠르게 연소 된다는 점을 알게 되어 신기했다.

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1) 교육계열

2)솔레노이드 기차

3)자석과 건전지를 부착하여 구리용수철에 넣으면 도선에 자기장이 형성되고 구리용수철 속에도 자기장이 생긴다.
이 때 두 자기장이 상호작용하여 빠른 속도로 반대 방향으로 이동하는 것이다.

4)자기장이 반대 자기장을 당기고 같은 자기장을 밀어내야 하므로 넣는 방향이중요해 반대 방향으로 넣으면 실험이 제대로 진행되지 않는다.

5) 이러한 자기장을 이용한 원리는 어렵지만 공학분야에서 꼭 필요하고 솔레노이드 기차가 아직 상용화 되지 못했기에 교육을 통해 이 쪽 분야 발전을 도울 수 있게 해야 한다.

6)로런츠 힘이라는 것을 알아보게 됐는데 전하량을 가진 물체가 전자기장 내에서 받는 힘을 말하고 이것이 솔레노이드 기차랑 관련 있어 보인다.

7)점탄성 실험

8)점탄성은 물체에 힘을 가했을 때 액체로서의 성질과 고체로서의 성질이 동시에 나타나는 현상을 말한다. 실험에서 전분이 사용되는데 여기서 전분의 구성물질인 녹말은 나선구조로 되어 있어 힘을 가하면 분자 모형으로 물이 빨려 들어가 고체 상태가 되고 힘을 풀면 액체가 된다.

9)고체와 액체가 공존할 수 있는 전분의 활용성과 손을 씼을 때 바로 씼겨 나가는 점은 신기했다.

10)실험이 굉장히 신기하기 때문에 청소와 실험 관리만 잘한다면 교육 목적으로 학생들이 꼭 해봤으면 하는 실험이다.

11)다른 실험으로는 슬라임 실험 고무 밴드 실험 등의 다른 실험들도 한 번 씩 해보면 좋을 거 같다.

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희망전공/공학계열(컴퓨터,기계)

활동주제 1 점탄성

관련이론/전분을 구성하는 녹말은 나선 모양이고, 가운데가 비어있기 떄문에 물과 잘 섞으면 가운데로 물의 분자가 출입을 쉽게한다. 그래서 세게 내리칠 경우 물분자가 나선모양 안으로 순식간에 들어가서 고체처럼 굳어버리고 세게 내려치지않고 천천히 힘빼고 넣으면 쑤욱 들어가게된다. 손을 넣고 뺄때에도 같은 원리이다.

알게된점 흥미로웠던점 느낀점/전분을 구성하는 녹말은 나선모양으로 가운데가 뚫려있다는 것으로 인하여 물분자가 쉽게 출입한다는 것이 신기하였다.또 그 정도로 단단해진다는것이 흥미로웠다.

진로와의 연계점/진로와 큰 상관이 없기에 그나마 연관지어 일종의 아이디어를 만들어보자면 점탄성을 이용해 장갑을 만들면 일종의 충격을 막아주는 장치로 만들 수 있지 않을까싶다.

더 알아본 것/나는 점탄성 실험이 매우 흥미로웠기 때문에 만약 많은 양의 녹말을 물에 녹인다고하면  물을 걸을 수 있을까?라는 궁금증이 생겼다. 그리하여 찾아보니 가능하다고한다.하지만 우선 인간이 올라가기 위해서는 많은 양의 녹말이 필요하고, 또 가해지는 충격이 커야한다. 또 만약 녹말을 섞은 물에서 더 이상의 충격을 가해주지않고 가만히 있으면 당연히 녹말물에 빠지고 만다.

활동주제 2 솔레노이드 기차

관련이론/건전지의 전류가 구리용수철을 통과하며 주변에 형성되는 자기장과 기존 자기장과 상호작용하여 자석과 건전지를 밀어내며 순식간에 용수철을 빠져나오는 현상이다. 건전지는 전류 공급의 역할을 대신하고 전류공급으로 인하여 도선에 자기장이 생성되고 건전지에 자석을 붙이는데 그 까닭은 전류를 잘 통하게 하기 위해서이다.

알게된점 흥미로운점/우선 자기장으로 인하여 서로가 서로를 밀고 당겨서 움직인다는 것으로 인하여 전진한다는 것이 신기하였고 활용사례를 보니 이것들을 이용하여 자기 부상열차라는 이동수단이 탄생한것이 신기하였고 하드디스크가 전류에 의한 자기장에 의하여 정보가 저장되어지는 건지는 처음 알아서 신기하였다.

진로와의 연계점/내 두번째 희망인 기계공학이랑 연관을 지어보자면 무거운 물체를 이동시킬때 사용하는 전자석 거중기에 솔레노이드 기차의 원리 즉 전류에 의한 자기장이 활용되어지며 의료장비 중에서도 자기공명장치에도 이 현상이 사용되어진다.

더 알아본것/전자석으로 이루어진 부분에 전류가 흘러 산화철 입자가 배열되어서 디지털 방식의 정보로 저장하게 되어진다하며 부가적으로 더 찾아보았다.우선 대표적으로 알려진 전동기가 존재하였고 스피커가 있었다. 스피커는 전류에 의한 자기장과 영구 자석 자기장의 상호작용을 통하여 전기신호를 소리 신호로 바꾸어주는 장치이다.