즐거운 인생, 즐거운 물리

A4용지 규격은 210 * 297 mm이다.

가로가 대략 30cm가 되어서 다른 물체의 길이를 가늠해 볼수 있다.

297 을 210으로 나누면 1.414..... 가 나온다. 종이의 비율이 1:√2인데 긴변을 반으로 나누면 1: √2/2 가 되어 다시 √2:1의 비율을 가질 수 있다.

종이를 반으로 나누어도 비율이 계속 유지되기 때문에 큰종이에서 작은종이로 나눌때 남는 부분이 따로 생기지 않아낭비가 없기 때문에 이러한 비율을 가지게 되었다.

종이 박스에는 종이의 두께를 평량으로 표시한다. 이는 ㎡ 당 종이의 무게로 나타내는데 보통 사용하는 사무용지가 80g/㎡이다. A0 용지는 의 크기는 841 * 1189 mm이다. (가로 세로가 각각 A4용지의 약4배) 이 종이의 면적은 0.841m × 1.189 m = 0.999949㎡가 된다. 따라서 A0용지 한장은 대략 80g 이고 이는 A4용지 16장에 해당하는 무게이다.

작은 단위의 무게가 필요하다면 A4용지 1장을 기준으로 삼아도 좋을 듯 싶다 (5g) A4용지는 보통 500매가 한권으로 묶여있는데 이는 2.5kg이 되고 한박스는 12.5kg이다. 생수병 1묶음(2L 6개들이)과 비슷한 무게이다.

출처 : 마카리211 www.marcari211.com/

LB laser 레이저 모듈 (RED 9*17)-(8)

Peak wavelength         650nm

Operating voltage       3V

Operating current      ＜25mA

Optical power           2~3mW

Spot diameter           10m＜φ20mm

Operating temperature   -10℃~+40℃

Storage temperature     -40℃~+85℃

Outside                φ9×17.5mm

LB laser 레이저 모듈 (BLUE 12*35)-(3)

Peak wavelength          405nm

Operating voltage  6V

Operating current ＜60mA

Optical power        ＜10mW

Spot diameter At 10m  ＜φ20mm

Operating temperature -10℃~+40℃

Storage temperature -40℃~+80℃

Outside                 φ12×35mm

PCB Specification Built-in

xpl 그린 레이저 모듈 (12 x 50mm)

echnical Specs Name: XPL-MAG5

Wavelength: 532nm nominal center

Type: Dpss Laser

Lasing medium: Pump Laser

Transverse mode: TEM00

Min power: 5mw

Arctic series class: IIIA

FDA Accession No. secret

Beam Diameter: dia1.0mm

Beam divergence: <1.0mrad

Stability(at 25 ℃ ) <10%

Preheating time <10s

Best working temperature 25 ℃

Operating temperature 0-40 ℃

Temperature control Air-cooled

Color of shell: Copper

Size: Dia12 x 50mm

Weight: 40g (laser + driver)

Power consumption: 1.8V @ <0.4A

Power supply: DC3.0V

Continuous expected lifetime: >5,000 hours

Warranty: 1 Year (LD died is not included)

LB laser 그린 레이저 모듈 (GREEN, 12x52)-(1)

Peak wavelength        532nm

Operating voltage 3V

Operating current ＜350mA

Optical power        ＜1mW

Spot diameter         10m＜φ20mm

Operating temperature -10℃~+40℃

Storage temperature -40℃~+85℃

Outside                φ12×42mm

PCB size        16*9mm

IYPT(International Young Physicists' Tournament) 과제 안내

홈페이지 : http://iypt.org
역대문제기록 : http://archive.iypt.org/problems

String telephone

How do the intensity of sound transmitted along a string telephone, and the quality of communication between the transmitter and receiver, depend upon the distance, tension in the line and other parameters? Design an optimal system.

 
 - 각 조건(컵의 종류, 줄의 장력, 줄의 종류)에 따른 전달 효과.
 - 전달효과를 어떻게 측정할 것인가?

Woodpecker toy

A woodpecker toy (see picture) exhibits an oscillatory motion. Investigate and explain the motion of the toy.

 - 진동하게 되는 원리는 무엇일까?
 - 각 부품의 역할(걸개의 질량/안쪽지름, 용수철의 탄성, 딱따구리의 질량)
 - 비슷한 원리로 움직이는 다른 장난감.

Ice

A wire with weights attached to each end is placed across a block of ice. The wire may pass through the ice without cutting it. Investigate the phenomenon.

 - 금속 줄의 소재(스테인리스스틸, 구리, 니크롬 등) 에 따른 통과속도.
 - 금속 줄의 굵기에 따른 통과속도.
 - 추의 무게에 따른 통과 속도.

Astroblaster

When a large ball is dropped, with a smaller one stacked on top of it, onto a hard surface, the smaller ball will often rise much higher than it would if dropped onto the same surface by itself while the larger ball hardly bounces at all. Investigate this phenomenon and design a multiple-ball system, using up to 4 balls, that will reach the greatest elevation of the top ball.

 - 탄성충돌으로 현상 설명.
 - 농구공과 야구공을 이용하여 같은 효과를 낼 수 있는 장치 제작.
 - 서로 다른 4개 이상의 공을 이용한 astroblaster 제작.

 Falling chimney

When a tall chimney falls it sometimes breaks into two parts before it hits the ground. Investigate and explain this.

 - 현상에 대한 역학적인 설명.
 - 유사한 상활 설정과 축소모형을 이용한 시연.

Breaking spaghetti

Find the conditions under which dry spaghetti falling on a hard floor does not break.

 - 각도에 따른 부러짐 여부.
 - 낙하 높이에 따른 부러짐 여부.
 - 각 조건과 부러짐을 그래프로 표현하기.

Frustrating golf ball

It often happens that a golf ball escapes from the hole an instant after it has been putted into it. Explain this phenomenon and investigate the conditions under which it can be observed.

 - 튀어 나오게 되는 조건을 이론적으로 계산.
 - 골프공이 튀어나오는 조건 탐색.
 - 이론과 실험값의 비교.

Drawing pins

A drawing pin (thumbtack) floating on the surface of water near another floating object is subject to an attractive force. Investigate and explain the phenomenon. Is it possible to achieve a repulsive force by a similar mechanism?

 - 현상 관찰
 - 인력이 발생하는 요인 분석
 - 인력이 크게 발생할 수 있는 조건 탐색

물리에서 알짜힘을 F(net) 으로 표현한다. 

net은 순(純), 실(實) 이란 뜻인데 도로를 달리다 같은 의미로  컨테이너에 쓰여있는 걸 보았다.

GROSS 는 총 중량

TARE는 용기(컨테이너)의 중량

NET은 컨테이너를 제외한 실제 짐의 중량이다.

즉, 총중량 = 용기중량 + 짐중량 (GROSS = TARE + NET) 이다.

경부고속도로였던것 같은데 일본차량이 배를 타고 그대로 들어왔나보다.

MAX GROSS 28,000KG

TARE 8,000KG

NET 20,000KG

CUBIC CAP. 78.7M²

휴게소에 있던 컨테이너

GROSS 34,000KG

TARE 4,600KG

NET 29,400KG

CUBIC CAP. 67.9M²

트럭을 따라가다보면 웬 에어컨 실외기가 달려있다.

진짜 그런 에어컨을 쓰는건가?? 라고 생각했는데 진짜 그런 에어컨을 쓴다..

인터넷에 검색을 해보니 설치업체도 따로 있었다.

이렇게 에어컨을 설치하면 자동차의 시동을 걸지 않아도 에어컨을 사용할 수 있다고 한다. (일반적인 자동차의 에어컨은 엔진의 움직임으로 직접 압축기를 구동한다. 그래서 내차같은 차들은 여름에 에어컨 켜면 빌빌거린다.... 내리막길에서 에어컨을 틀면 엔진브레이크 역할을 해준다(!!))

그렇다면 전력은 어디에서 공급받는거지??? 라고 생각을 해보니 그냥 트럭의 배터리에서 얻어온다고 한다. 배터리가 그정도의 용량이 되는지 궁금하여 검색을 해보았다.

6평형 에어컨 소비전력은 650W가량 된다고 한다.

트럭에는 12V , 150Ah정도의 배터리가 직렬로 2개 설치된다.  따라서 24V * 150Ah = 3600Wh 의 전력량을 가진다.

이상적인 경우 3600Wh/650W = 5.5h  정도 에어컨을 가동할 수 있는 계산이 나온다.

생각보다 꽤 많은 시간동안 에어컨을 켤수 있다!!

그러나 에어컨은 220VAC 이고 배터리는 24VDC이므로 인버터를 설치해야 하고 여러 손실이 생기기 때문에 실제로는 2~3시간 이상 작동할 수 없을 듯 보인다.

 총 3주간의 연수 중에서 절반가량이 지나갔다. 첫주는 교양수준의 여러 강의들을 들었고 나와는 관계없어 보이는 이야기들의 연속이라 지루함과 연수의 당위성에 대해 의심을 품는 시간이었다. 과연 이것이 나에게 어떤 도움이 되는가? 교사로써 자질과 교양수준을 감안하더라도 이것이 필요한 연수인가? 라는 의문을 계속 제기하던 중 내가 수업하는 교실의 학생들도 그런 의심을 품지 않을것이라는 보장이 없다는걸 알게 된 이후로 머리속이 복잡하다.

 교양강의가 끝이나고, 내가 접하지 못한 새로운 것들을 배울수 있지 않을까, 내가 생각하고 가르치던 방식을 바꿀수 있는 어떤 강의가 있지 않을까 하는 기대로 전공강의를 들었다. 매일 시간에 쫒겨 공부하지 못하는 모습에서 이제 학생으로 여유롭게 공부할 수 있음이 좋았다. 강의 또한 나쁘지 않고 새로운것을 생각해보는 시간이었다. 

 맥스웰방정식은 그 자체로 아름다움이고 경이로움이다. 그것을 설명하는 과정을 바라보는것은 놀랍고 아름다움을 느끼기에 충분하다. 관성좌표계에서 물리법칙이 모두 동일하게 성립하는 사실로 부터 파동은 그렇지 않음을, 전자기파는 파동이지만 매질을 필요로 하지 않는다는 점에서 동일한 물리법칙을 적용시킬수 있음을, 그로부터 상대성 이론으로 접근하여 수식을 통해 상대성이론을 수식으로 풀어내는 과정은 대단함을 넘어서 경이롭기까지 하다.

 그런데, 이 경탄스러운 강의에서 불쾌함을 느끼게 되었다. 일차적 원인으로는 자연세계를 수학적 방법으로 이해하고 설명하는 나의 능력이 부족하여 강의를 쫒아가지 못했음이고, 그 다음으로는 지금 배우는것이 학교 현장에서 어떤 도움이 될수 있을까 하는 의문때문이고, 연수를 듣는 교사들이 현장에서 현대물리에 관하여 어떤지식이 필요한지 고민을 하지 않고 강의를 하는 교수님의 강의 방식이기 때문이다. 

 그런 생각을 하다 나도 학교에서 이러한 과정을 겪는것이 아닌가 생각을 하게 되었다. 물리가 어떤 필요가있어 소중한 학생들의 시간을 할애해 가며 배워야 하는가에 대해 깊게 생각하지 않으면, 우리 아이들도 나와 같은 생각을 할것이다. 지금 배우는 이것이 어떤 의미를 갖는지, 배우는 학생에게 어떤 필요성이 있는지에 대해 잘 정리해야할 필요성을 느꼈다.

먹어도 되는 물방울

 적정기술로 소개된 먹어도 되는 물병이 소개된적이 있다. 물을 가지고 다닐때 페트병에 담아 다니는데 환경오염의 문제를 해결하고자 포장까지 먹을수 있게 한다는 목적이다. 만드는 방법을 보니 화학실험에서 많이 하는 분자요리 망고 캐비어를 만드는 방법과 같다.

 포장이라는것은 외부의 오염으로부터 물질을 보호하는데 먹는 부분 자체가 외부의 오염으로부터 노출이 되어있다는 것이 문제가 있지만 다른분야에 활용하는 등 응용방법은 많을 것 같다. 소스를 이렇게 방울로 만들어서 정량을 사용할 수 있게 하는 방법 등으로 활용하면 좋을 것 같다. 또한 찢어지기 쉬워 포장의 목적달성에 조금 부족한 점이 있지만 '먹어도 되는' 포장이라는데에 많은 장점이 있다.

 시계의 모든 부품이 중요하겠지만 아무래도 시계 본연의 임무로 보았을때는 밸런스 휠이 시계의 진동수를 결정하기 때문에 밸런스 휠이 제일 중요하지 않을까?  시계마다 다르지만 보통 초당 2,5,6,10번 진동한다. 이때 진동수는 밸런스 휠의 관성능률과 스프링의 탄성계수(회전)에 의해 결정된다. 

아래 영상에 나오는 시계 밸런스 휠의 진동수를 찾아 보았다. (태그호이어 홈페이지)

 Balance frequency: 28,800 vibrations per hour (4 Hz)

그러면 초침도 1초에 4번 움직일것이라 생각하고 고속촬영을 해보았다.

 예상과는 달리 1초에 4번이 아니라 8번 움직인다. 왜그럴까 한참을 생각하다 위의 원리 영상을 다시보니 그 이유를 알수 있었다.