광안대교의 역학적 해석과 그 주변 풍경에 대한 분석

소개글

광안대교의 역학적 해석과 그 주변 풍경에 대한 분석에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 문제 인식

Ⅱ. 탐구 문제

Ⅲ. 탐구 가설

Ⅳ. 탐구 계획

Ⅴ. 탐구과정

Ⅵ. 결과종합

Ⅶ. 사례적용 및 개념확장

본문내용

굴절하여 진행한다. 햇빛이 공기 중에 있는 물방울 속으로 들어가면 빛이 굴절하게 된다. 물방울 안에서 진행하던 빛은 물방울과 공기의 경계면에서 반사된다. 반사된 빛은 다시 물방울 속에서 직진하다가 공기의 경계면과 만나면 일부는 반사하고 일부는 공기 중으로 꺾여서 물방울 밖으로 그 모습을 드러내게 되는데, 이것이 우리가 보는 무지개다. 빛은 매질에 다라 반사율과 굴절률이 다른데, 무지개를 이루는 빛은 물방울을 통과하면서 두 번의 굴절과 한 번의 반사를 겪는다.
물방울에 들어가기 전의 햇빛은 모든 색깔들이 섞여 있는 백색광이지만, 물방울로 들어가면 색깔별로 굴절률이 달라 여러 가지 빛으로 나누어진다. 프리즘을 통과한 빛에서 무지개를 볼 수 있는 것도 마찬가지 원리다.
9. 무지개색의 순서는 어떻게 정해질까?
빛의 굴절률은 파장이 짧을수록 크므로 보라색이 빨간색보다 더 많이 꺾인다. 이때 덜 꺾인 빨간색 빛은 아래쪽으로, 많이 꺾인 보라색 빛은 위쪽으로 나온다. 물방울로 들어간 햇빛과 물방울에서 나오는 빛 사이의 각도는 빨간색이 42°, 보라색이 40°쯤 된다. 즉 빨간색이 보라색보다 2°정도 아래쪽에 있는 것이다. 물방울에서 꺾여 나온 빛은 보라색이 빨간색보다 위쪽에 있는데, 왜 우리가 보는 무지개는 빨간색이 위쪽에 있을까?
무지개를 만드는 물방울들은 대개 관측장소 로부터 수 km이상 떨어져 있다. 예를 들어 1km 떨어진 곳에 물방울들이 있다고 가정해보자. 이 때 햇빛이 물방울이 있는 평면과 수직으로 진행한다고 하자. 그러면 모든 물방울에서 빨간색 빛은 햇빛과 42°를 이루는 곳에서 나올 것이다.
그렇다면 내 눈에 들어오는 빨간색 빛은 어느 높이의 물방울에서 나온 것일까?
내 눈의 위치가 지표면 바로 위라고 생각하면 대략적으로 730m 높이에 있는 물방울에서 나오는 빨간색 빛이 눈으로 들어온다(물방울의 높이=2π×42°/360°×1000≒730m). 그런데 물방울에서 나오는 보라색 빛은 빨간색보다 2°가 높으므로 내 시야의 30m(2π×2°/360×1000m≒30m) 위를 지난다. 따라서 물방울에서 나오는 보라색 빛은 내 눈으로 들어오지 못한다.
그러면 내 눈에 들어오는 보라색 빛은 어느 높이의 물방울에서 나오는 것일까. 바로 730m 높이보다 30m 아래에 있는 물방울에서다. 따라서 700~730m 사이에 있는 물방울들로부터 나오는 모든 빛들이 빨간색, 주황색, 노란색, 초록색, 파란색, 남색, 보라색의 빛으로 순차적으로 보인다. 물론 이것은 물방울이 관찰자로부터 1km 떨어졌을 대의 일이다. 만약 관찰자로부터 더 많이 떨어졌다면 더 크고 폭이 넓은 무지개를 볼 수 있을 것이다.
Ⅵ. 결과종합
이상의 API활동의 결과 알게 된 점들을 정리하면 다음과 같다.
첫째, 현수교의 원리는, 양단에 세워진 기둥에 의해 지지되며 여기서 뻗어 나온 현(wire)에 의해서 구조물이 지지되는 원리이다. 주케이블의 수평장력에 관계되는 주요 변수들을 적절히 결정함으로써 보강형의 부담을 효율적으로 줄일 수 있다.
둘째, 현수교도 무너질 수 있다, 궁극적으로 카르만 와류라고 하는 유체 현상에 진동에 의해 일어나는데, 유체가 흐름 중간에 물체를 만나면 유속이 느릴 경우 물체를 감싸고 돌아가는 유선을 보인다. 유체 속도가 빨라지면 물체 어느 지점에서부터 박리가 일어나고 물체 뒤쪽에서는 와류가 발생한다. 유속이 더욱 빨라지면 박리 지점이 앞쪽으로 이동하여 결국 물체의 측면, 흐름 방향을 기준으로 90도 지점까지 전진한다. 이렇게 되면 와류가 물체 양 측면에서 번갈아 가며 발생하게 된다. 이런 원리에 의해 현수교도 붕괴될 수 있다.
셋째, 바다가 푸른색으로 보이는 이유는, 가시광선영역 중에서 푸른색의 보색인 적색계열의 빛만을 바닷물이 흡수하기 때문에, 푸른색으로 비치는 것이다.
넷째, 파도가 일어나는 이유는, 크게 세가지이유로 정리할 수 있다. 바람의 영향과 쓰나미, 조석운동의 영향으로, 일반적인 경우에는 바람의 영향이 가장 큼을 알 수 있었다.
다섯째, 해일이 발생하는 이유는, 여러 가지가 있다. 폭풍에 의해서 그리고 지진에 의해서 그리고 다른 여러 조건에 의해서 발생가능하다. 이렇게 발생하는 해일은 달과의 인력의 영향을 받아서 규모가 증폭되거나 감소된다.
여섯째, 엘니뇨가 발생하는 이유는, 엘리뇨란 온도가 이상하게 되는 현상으로 아직 과학적으로 밝혀지지 않은 원인에 의해서 무역풍이 약해져 태평양 적도 부근의 서쪽의 난수층이 얇아지고 동쪽의 난수층이 두꺼워져 따듯한 해수가 동쪽으로 이동해서 생기게 된다.
일곱째, 하늘이 푸른색을 띄는 이유는, 산란정도가 파장의 4제곱에 반비례하므로 적색광에 비해 파장이 짧은 푸른색 계열의 빛들이 산란을 많이 하기 때문이다.
여덟째, 무지개가 발생하는 원리는, 무지개는 햇빛이 성질이 다른 매질(물방울)로 입사하며 굴절률이 다른 빨주노초파남보의 여러 가지 색깔로 나누어지며 만들어내는 아름다운 무늬이다.
아홉째, 무지개색의 순서가 정해지는 원리는, 여러 가지 빛이 합쳐진 백색광은 물방울을 통과하며 굴절하는데, 굴절률이 커서 많이 꺾인 보라색 빛은 위로, 상대적으로 보다 적게 꺾인 적색광은 아래로 온다. 그런데 이때 보라색 빛은 우리 머리 위를 훨씬 넘어가므로, 그것보다 밑에 있는 보라색이 우리 시야에 들어와 빨주노초파남보의 순서로 배열이 되는 것이다.
Ⅶ. 사례적용 및 개념확장
현수교의 원리를 이용하여, 다른 건축물에 적용시키면 좀 더 견고한 건축물을 짓는데 많은 도움을 줄 것이다.
해일이나 엘니뇨와 같은 자연현상에 대해 앞으로 더욱 활발한 연구가 이루어 진다면, 자연재해로 인한 인명피해, 여러 재산피해 등을 줄이는데 많은 도움이 될 것이다.
이번 아트사이언스 대회를 통해 아름다운 자연을 대한 접근방법이 한층 새로워졌고, 모든 것을 과학적으로 아름다움과 직결시켜 생각하는 습관이 길러졌다. 그리고 일상적이지만, 자주 볼 수 없는 무지개에 대한 탐구활동을 통해서도 Art Science의 묘미를 맛볼 수 있었다.
< RHD >
현수교의 원리
기둥과 현에 의해 지지되는 다리
현수교도 무너질까?
공진에 의한 붕괴 가능
푸른색 계열의 빛이 적색광보다 산란을 더 잘하기 때문.

키워드

Art Science,   광안대교,   현수교,   무지개,   광안리,   바닷물,   파동,   진폭