로드 바이크 항속에 최적화된 라이더 자세 및 프레임 형상 탐구

② 탐구 동기

평소 자전거를 즐겨 타면서 같은 힘으로 페달을 밟아도 자세나 자전거 모양에 따라 속도가 다르다는 것을 경험했다. 공기저항이 주된 원인이라는 것은 알았지만, 구체적으로 어떤 형상과 자세가 가장 유리한지 궁금해서 이 주제를 선택했다.

③ 팀원 및 역할

30101 기주성 — 팀장, 문헌 자료 조사 총괄 30303 코주부 — 형상별 비교 데이터 정리 30404 홍길동 — 보고서 작성 및 시각화

④ 탐구 방법 (예정)

공기역학 관련 논문 및 유튜브 영상 자료 조사, 프로 선수들의 자세 비교 분석, 시뮬레이션 앱(또는 AI)을 활용한 항력 계수 비교

⑤ 기대하는 결과

라이더 자세(에어로 포지션 vs 업라이트)와 프레임 튜브 형상(원형 vs 에어로 단면)에 따른 공기저항 차이를 수치로 비교하고, 실용적인 최적 자세 가이드를 도출하고 싶다.

실제 활동에서는 위 링크의 구글 문서에 접속해서 파일-사본 만들기로 복사해서 편집해서 공유 URL 생성해서 패들렛에 링크 걸어 공유하세요.

어떤 주제로 이야기했는지, 어떤 의견들이 나왔는지

② 역할 분담 현황

팀원 이름 / 맡은 역할 / 오늘 한 일

③ 조사·탐구 진행 상황

현재까지 파악한 내용 요약, 참고한 자료 링크

④ 막히는 부분 또는 해결해야 할 과제

아직 답을 못 찾은 것, 내일 해야 할 것

⑤ 내일(목) 계획

보고서 작성을 위해 오늘 밤~내일 각자 할 일

지도 교사 선생님께서는 구글 문서의 댓글 기능 이용해서 피드백 해주세요

3d 게임에서 자동차 충돌은 어떻게 계산할까?

2. 탐구 동기

동아리 활동 시간에 2D 자동차 게임을 구현하던 중 자동차가 벽과 충돌했을 때의 움직임을 직접 계산하여 구현해 본 경험이 있습니다. 이 과정에서 3D 게임에서는 충돌 계산이 훨씬 더 복잡할 것이라는 생각이 들었고 이를 실제로 어떻게 구현하는지에 대한 호기심에서 본 탐구를 시작하게 되었습니다.

3. 팀원 및 역할

30703 김서현 - 프로그래밍 구현 및 그래프 분석

4. 탐구 방법:

1) 충돌 시스템의 기본 원리를 이해하기 위해 단순한 구 모델을 이용한 충돌 실험을 먼저 진행합니다.

2) 이후 자동차와 벽 사이의 충돌을 계산하는 모델로 실험합니다.

3) 2D 충돌과 유사하게 작용할 것으로 예상되는 변인과 3D 환경에서 새롭게 나타나거나 다르게 작용할 것으로 예상되는 변인을 구분하여 실험을 설계합니다.

유사한 변인 - 크기(질량), 속도, 마찰력

상이한 변인 - 반발계수, 무게중심, 회전 저항, 충돌 각도

4) 실험한 수치결과를 그래프로 시각화하여 분석합니다.

5. 기대하는 결과

이번 탐구를 통해 2D 게임에서 사용되는 충돌 계산과 유사한 변인은 3D 환경에서도 큰 차이 없이 비슷한 결과를 보일 것으로 예상합니다. 이는 변인들이 차원과 관계없이 기본적인 물리 법칙에 따라 동일하게 작용하기 때문입니다. 반면 반발계수, 무게중심, 회전 저항, 충돌 각도와 같은 상이한 변인은 3D 환경에서 추가적인 방향성과 회전 요소가 포함되면서 2D와는 다른 양상을 보일 것으로 예상됩니다. 특히 물체의 회전이나 기울어짐, 충돌 방향에 따른 운동 변화 등은 2D에서는 단순화되거나 고려되지 않지만 3D에서는 중요한 변수로 작용할 것입니다.

블록체인 메커니즘의 수학적 모델링과 파이썬 알고리즘 구현

탐구동기
2학년 독서 수업에 블록체인과 관련된 지문을 읽었었는데, 그 지문이 수학과 관련되어있을것 같아. 찾아보니 비트코인과 관련이 있어 관심이 갔고, 그리고 블록체인이라고 하면 보안과 연관이 있는데, 이진법으로 이루어진 컴퓨터가 어떻게 이정도의 보안을 만들어낼수 있는지 궁금해져서 이 주제를 선정하게 되었다.

역활
김성훈(30407) 자료조사,프로그래밍 틀 짜기
홍성훈(30427) 자료조사, 프로그래밍 하기,전력량 조사
이서진(30517) 자료조사, 프로그래밍 하기
탐구방법
수학과 연결되는 블록체인이라는 개념을 제대로 이해하여 블록체인이 어떻게 보안이 되는지 알아내어 직접 보안 시스템을 프로그래밍 해보는 탐구를 한다.

기대하는 결과
수업에서 나온 내용을 그저 지나치지 않고 블록체인을 이해하여 실생활에서 블록체인이 이용되는 사례를 알고 우리 탐구를 통한 보단 프로그램을 만들고 그의 에너지 사용량을 측정한다.

1.논의한 내용
주제에서 이해를 돕기 위해 먼저 직접 관측과 간접관측을 설명하고 비교한 후 간접 관측을 통한 우리 은하 중심 블랙홀 관측에 대한 얘기를 이어나가는 흐름으로 내용 설정. 은하 중심에 블랙홀이 아닌 다른 천체나 물질이 존재하는 경우(성간물질,성단,거대한 단일 천체,중성자별 및 백색왜성 성단)에 관측 결과를 설명할 수 있는지와 발생하는 오류와 물리적 한계를 설명 후 이에 대한 모델을 설정해서 코딩으로 확인

2.역할 분담 현황
30130 태한결: 자료 조사, 자료 정리, 과제 작성
3.조사,탐구 진행 상황
필요한 자료들의 조사를 끝마쳤으며 직접,간접 관측 방식을 정리하고 이후 우리 은하 중심에 블랙홀이 있을 때 모델과 다른 천체가 존재할 때의 모델을 가정하여 어느 모델이 더 관측 결과를 더 잘 설명할 수 있는지 비교해보고 다른 천체가 존재하는 모델들의 물리적 한계를 생각해내여 작성 후 오류가 없는지 검토를 마침
참고 자료(임시):
  1)https://m.blog.naver.com/PostView.naver?blogId=bizhk&logNo=223801409902&proxyReferer=https:       %2F%2Fwww.google.com%2F&trackingCode=external
  2)https://www.yna.co.kr/view/AKR20220512180000009
  3)https://ko.wikipedia.org/wiki/S2_(%ED%95%AD%EC%84%B1)
  4)지구과학1,2 및 물리 1,2 교제(완자)
  5)일부 인터넷 검색 자료(기존 자료 검증용)
4.막히는 부분 또는 해결해야할 과제
코딩을 통해 무엇을 확인할지에 대한 방향성이 제대로 정해지지 않아 앞서 말한 모델들을 모두 설정해 모델들의 안정도를 비교하자는 의견으로 방향성을 정함. 그러나 처음의 의견은 너무 비교해야 할게 많고 고3 수준에서 하기엔 복잡했기에 해당 의견을 폐기함. 현재 모델을 크게 두가지로 설정한 후 블랙홀 모델과 다른 천체 모델들 사이에서 극명하게 차이났으며 공전하는 별의 궤도에 영향을 미치는 중력에 대해 비교해보는 방향으로 코딩을 구상하고자 함. 그러나 자체적으로 코딩을 제작하는데 어려움을 겪고 있어 현재 인터넷 검색 및 AI의 도움을 통해 코딩 작성 계획 중
5.보고서 계획
탐구 내용에 쓸 내용을 정리해서 1.직접 관측과 간접 관측 2. 우리 은하 중심 블랙홀의 검증 3.python을 통한 모델 비교
총 3파트로 탐구 내용 및 결론 작성. 탐구 과정에서 배제한 것들을 추합해 탐구의 한계에 작성하고 그 한계를 보완한 후속 탐구에 대한 방향성 작성.

https://docs.google.com/document/d/1xGVLaXbpBM73IMLe2I04-LiHzgI_0nBHS_3MwaDtgVU/edit?usp=drivesdk

처음에는 여러 변수를 두고 비교 실험을 진행하려 했습니다. 하지만 시간이 많이 소요되고 실효성이 떨어질 것 같아 질량, 속도, 반발계수, 마찰력은 동일하게 고정하고 무게중심 유무에 따라 회전축이 달라진다라는 가설 방향으로 실험 설계를 변경했습니다. 그리하여 z축이 추가 된것이 물리적 기하학적으로 어떤 변화를 일으켰는지에 대해 나아가려고 합니다.

2 역할 분담 현황

팀원 이름/맡은 역할/오늘 한일

김서현/프로그래밍/프로그래밍 구현 및 자료조사

3. 조사 탐구 진행 상황

아직 코딩은 완성되지 않았으나 3차원 시뮬레이션은 2차원 시뮬레이션과 회전축이 다를 것이다라는 가설을 세우고 이를 구현하는 중입니다.

2차원 물리엔진 구현 후 3차원 물리엔진으로 넘어가려 하니 반발계수 등 시뮬레이션에 필요한 관련 지식이 부족해 어려움을 겪었습니다. 이를 해결하기 위해 도마에 요시키의 "게임을 움직이는 수학과 물리"를 참고하여 3차원 구현을 진행했습니다.

4. 막히는 부분 또는 해결해야 할 과제

등속원운동을 프로그래밍으로 어떻게 구현할지 고민하고 있습니다. 또한 3차원 물체를 구현했지만 수치가 정확하지 않아 이것이 실험 변수로 작용할 수 있는지 계산을 통해 확인하고 해결해야 합니다.

5. 내일(목) 계획

관련 이론을 조사하고 마저 못한 구현을 한뒤 보고서를 쓰겠습니다.