자석을 이용한 기차만들기

목차

창의공학 설계 Design Polio


1. The Design Challenge / 설계 문제
　◇ Introduction/개요
　◇ Your Challenge 도전 과제

2. Clarify Design Specifications and Constraints 설계 명세서와 한계 진술
　◇ 설계명세서
　◇ 한계

3. Research and Explore the Problem 문제의 탐색과 연구
　◇ 설계 기준 생각해보기 - 구체적 문제의 진술
∙ 조원들의 의견
　◇ 수집한 정보의 내용

4. Generate Alternative Designs 대안적 설계 탐색하기
　◇ 대안 1
　◇ 대안 2
　◇ 대안 3

5. Choose and Justify the Optimal Design 최적의 설계 대안의 선정-수렴적 평가 기법 활용
(단, 재료 수 항목은 재료수가 적은 대안에 높은 점수를 부여) 5점 만점

6. Specifying Design & Plan /계획의 구체화
　◇ 누가 : 조원 모두
　◇ 정보
　◇ 활용 공구 또는 기계
　◇ 재료
　◇ 소요 비용과 조달방법
　◇ 에너지
　◇ 작업 공정(순서)과 시간 계획

7. Construct a Working Model 최적 대안의 모형/실물 만들기

8. Test and Evaluate the Design Solution 설계 해결책의 평가와 성찰
　◇ 진술된 문제 설계를 만족시켰는가?
　◇ 만약 다시 설계한다면, 여러분의 문제해결에 추천하고 싶은 설계 내용은?
　◇ 여러분의 문제해결을 개선하기 위한 과학 원리와 수학적 지식은 무엇인가?
　◇ 동료들 간의 협동 작업은?

본문내용

이용해 아래 그림과 같이 열차가 달리기 시작하면 지상코일에 유도전류가 발생하고 그 전류로 형성된 자석과 차량의 자석이 서로 반발하면서 부상하게 되는 것이다.
실제 방식은 s극과 n극의 자석이 교대로 설치되어 주행시 잡아당기는 힘과 반발력을 이용해 추진력을 얻지만 우리는 반발력만을 이용하여 레일의 각도를 주어 레일의 이탈 뒤에 얼마만큼 더 나아가느냐가 중요한 목표가 되겠다.
◇ 작업 공정(순서)과 시간 계획
1. 설계대로 하드보드지를 구상하고 잘라낸다.
2. 차체의 아랫부분은 세로로 홈을 내어 양옆에 자석을 붙인다. 그 뒤에 철사로 윗 부분을 감싸서 벌어지지 않도록 한다.
3. 레일 부분은 바닥은 세부분으로 나누어 지며 사이에 자석을 삽입한다.
4. 레일 가운데 부분에 판을 세워야 하므로 고정이 잘되게 테이프와 글루건으로 고 정시킨다.
5. 레일과 차체가 완성되면 레일위에 차체를 올려 균형을 잡아 놓고 기울여 본다.
- 사실 먼저 계획을 세워놓고 만들기 때문에 차체를 만드는 데는 그다지 많은 시간이 소요되지 않는다. 다만 레일의 가운데 판을 세우는데 시간이 좀 걸렸고, 고정하는 과정에서 접합부위가 지저분한 것이 아쉬웠다.
7. Construct a Working Model 최적 대안의 모형/실물 만들기
위에서 보는 사진이 우리 조에서 만든 레일과 기차이다. 만들고 난 후 각도를 주어 움직여 보았는데 만족스러웠다. 바닥 표면 상태에 따라 상당히 달라지긴 했지만 레일 위에 차체를 잘 띄웠다는 것에 만족스러웠고, 아쉬웠던 점은 레일이 좀 짧게 만들어 졌다는 것과 접합부위가 깔끔하지 못해서 그 부분이 매우 아쉬움으로 남았다.
8. Test and Evaluate the Design Solution 설계 해결책의 평가와 성찰
◇ 진술된 문제 설계를 만족시켰는가?
기차의 균형을 맞추는 것이 가장 문제였는데 그 부분에 대해서는 어느 정도 만족시켰다고 생각한다. 양쪽에 가이드라인을 세우고 자석을 두 줄로 연결해 놓는 것도 매우 좋겠다고 생각했지만 기차와 라인이 걸릴 수 도 있었기 때문에 가운데에 판을 세워 놓았는데 다행히 균형을 잘 유지할 수 있었다.
레일의 길이는 자석이 한정되어 있기 때문에 어쩔 수 없었고, 차체의 벌어짐은 철사를 감아 차체 위에 감싸 주었더니 어느 정도 벌어짐을 완화 시킬 수 가 있었다.
◇ 만약 다시 설계한다면, 여러분의 문제해결에 추천하고 싶은 설계 내용은?
만약 다시 설계 하게 된다면, 하드보드지 보다는 아크릴판을 이용하여 만드는 것이 어떨까 생각한다. 아무래도 하드보드지는 종이여서 벌어짐이나 뒤틀림같은 것이 있어 차체와 바닥 자석 사이의 거리가 일정해야 어느 한쪽에 붙는 것이 없을 텐데 그렇지가 못하다. 아크릴 판을 이용한다면 이러한 문제는 해결할 수 있을 것이고 보다 더 깔끔하게 작품을 만들 수 있을 것이라 생각된다.
그리고 설계적 측면에서는 자석을 하나씩 배열해 보는 것이 어떨까 생각한다. 레일을 좀 좀게 만들고 차체도 폭을 줄여서 가이드라인을 2개 세워서 긴 레일을 만든다면 더 안정성이 있을 것 같았다. 또한 차체나 레일 표면에 마찰계수가 적은 것을 붙여 놓는 다면 훨씬 더 잘 미끄러 질 것이다.
◇ 여러분의 문제해결을 개선하기 위한 과학 원리와 수학적 지식은 무엇인가?
자석의 극성을 이해하고 반발력을 통해 기차와 레일을 외력 없이 띄우는 것이 중요하다.
옆에서 보는 바와 같이 자석의 반발력과 흡인력을 통해 레일위에 기차를 띄우는 과학적 원리를 잘 알아야 한다. 실제로는 같은 극의 반발력과 다른극의 흡인력을 이용하여 추진력까지 얻지만 우리가 이번에 하는 것은 각도를 두어 추진력을 얻기 때문에 이 부분에 대해서는 약간 차이가 있다.
◇ 동료들 간의 협동 작업은?
조별과제인 만큼 동료들 간의 협동 작업이 굉장히 중요했다. 작품을 만드는 과 정에서도 혼자서는 할 수 없는 부분들이 굉장히 많았다. 특히 레일의 모양과 차 체의 균형을 다루기가 어려워져서 일을 분할해서 하게 됐다. 그리고 그렇게 일을 분할 해서 하다 보니 혼자서 하는 것보다 훨씬 수월하고 시간을 절약할 수 있었 다.
게다가 아이디어 창출과정이나 최적의 대안을 정하는 과정에서 조원들의 다양한 생각들이 모여서 창의적인 아이디어를 만들어 낼 수 있었고 가장 적합한 대안을 골라 낼 수 있었다.
다만 한 가지 아쉬웠던 점은 각자의 역할을 정하는 부분에서 다소의 마찰이 있 었던 점이다. 하지만 이 부분도 결국엔 잘 해결 돼서 전체적으로는 순조롭게 협 동작업을 마무리할 수 있었다.

키워드

자기부상,   자석을 이용,   기차,   포트폴리오,   설계,   창의공학