창의적 공학 설계 - 계란낙하 실험

소개글

창의적 공학 설계 - 계란낙하 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 서론
1) 주제 및 목표
2) 실험규정 & 제한요소
3) 일정

Ⅱ. 본론
1) 아이디어 제시 및 정리
2) 계란낙하 실험 응용 원리
3) ①실험설계
②실험과정
③실험결과 및 분석

Ⅲ. 결론
1) 느낀 점
2) 팀원별 담당부분 및 기여도

Ⅳ. 참고문헌

본문내용

힘이라고 할 수 없다. 하지만 지구 표면 근처에서 물체가 낙하한다면 지구의 반지름에 비해 이동거리가 매우 짧으므로 중력의 크기 변화를 무시할 수 있다. 그러므로 나무에서 떨어지는 사과와 같은 물체는 일정한 크기의 중력을 받으며 지면을 향해 떨어진다. 공기저항을 무시하면 물체는 지면을 향해 등가속도 직선운동을 한다.
② 역학적 에너지 전환
역학적 에너지는 물체의 속력에 따라 결정되는 운동에너지와 물체의 위치에 따라 결정되는 위치에너지의 합으로 이루어진다. 외부의 물리적 작용이 없을 때 운동에너지와 위치에너지의 합은 일정하게 유지된다. 구조물을 낙하 했을 시에 위치에너지가 최대 이고 ,운동에너지는 최소이다. 높이가 낮아질수록 속력은 증가하므로 위치에너지는 감소하고, 운동에너지는 증가한다. 반대로 , 1층에서 정보관 8층을 향해 구조물을 던졌을 시는 위치에너지가 최소이고, 운동에너지가 최대이다. 높이가 높아지면 속력이 감소하므로 위치에너지는 증가하고 , 운동에너지는 감소한다. 이렇게 위치에너지가 증가하면 운동에너지가 감소하고, 운동에너지가 증가하면 위치에너지가 감소하는 것을 역학적 에너지의 전환이라고 한다.
③ 역학적 에너지의 보존
역학적 에너지가 서로 전환될 때, 마찰이나 공기의 저항 등으로 손실되는 에너지가 없다면 감소하는 양과 증가하는 양은 항상 같다. 따라서 물체가 가지는 위치에너지와 운동에너지의 합인 역학적 에너지는 일정하게 유지되는데, 이를 역학적 에너지 보존법칙이라 한다.
계란 낙하 구조물의 예를 들어 보자. 지면에서 위치에너지는 0, 운동에너지는 T라고 하고, 최고 높이에서 위치에너지는 V, 운동에너지는 0이라고 하자. 이때 역학적 에너지 보존에 의해 T와 V는 같다. 즉, 지면에서 운동에너지의 형태이던 역학적 에너지가 높이가 높아지면서 점점 위치에너지로 형태를 바꾸어 최고 높이에서는 모두 위치에너지가 된 것이다.
만약 구조물에 공기저항이 발생한다면 역학적 에너지의 일부가 운동에너지에서 위치에너지로 바뀌다가 다시 위치에너지로 바뀌면서 끊임없이 변하면서 낙하한다. 그러므로 역학적 에너지가 보존되지 않는다. 하지만 이렇게 끊임없이 변하여도 결국엔 에너지와, 위치에너지의 총량은 일정하게 유지된다. 어차피 높이가 똑같은 곳에서 계속 낙하하기 때문이다.
이렇게 역학적 에너지가 보존되지 않을 때에도 에너지의 총량은 일정하게 유지된다.
그러므로 외부적 영향을 거의 받지 않으므로 구조물이 5층 높이에서 땅으로 도착했을 경우 충격량을 최소화해야 한다.
④ 충격량
물체의 운동량에 변화를 주는 물리량으로서, 힘과 힘이 작용한 시간의 곱을 충격량이라고 한다. 즉, 충격량은 운동량의 변화량과 같다. 따라서 충격을 주는 힘이 클수록 충격의 양이 더 클 것이며, 충격을 받고 있는 시간이 길수록 충격의 양이 클 것이다. 테니스공이 라켓에 의 속력으로 충돌한 후 의 속력으로 튀어 나갈 때 테니스 공이 받는 힘은 대략 그림과 같이 나타낼 수 있다.
3) [구조물 1] - ①실험설계
① 겉의 구조물을 나무젓가락을 연결해 안정적인 균형감을 만들고 고무줄로 단단히 고정함. ② 고무줄의 탄력을 이용해 계란의 충격을 흡수하고 계란 또한 떨어지지 않도록 고무줄로
단단히 고정함.
[구조물 1] - ②실험과정
(동영상이므로 생략)
[구조물 1] - ③실험결과 및 분석
실험결과 : 실패
실험 결과분석 :
계란이 완전히 산산조각 남.
목표 지점에 근접하게 낙하함.
낙하속도가 빠름.
고무줄은 계란에 작용하는 힘을 감소시키지 못해 실패한 것으로 추정.
3) [구조물 2] - ①실험설계
① 첫 번째 구조물에서 고무줄로만 이용했을 때 달걀이 튀어나가는 것을 막기 위해 두 번째 구조물에서는 빨대를 이용해 계란 주변을 감싸 조금 더 튼튼하게 만듦.
② 양 끝에 나무젓가락을 이용해 고정시키고 나무젓가락과 빨대 사이에 대각선으로 빨대를 연결했다.
③ 낙하할시 나무젓가락은 부숴 진다는 가정을 함. 나무젓가락이 충격을 받고 빨대 안에 있는 계란은 깨지지 않을 것이라는 가정.
[구조물 2] - ②실험과정
(동영상이므로 생략)
[구조물 2] - ③실험결과 및 분석
실험결과 : 실패
실험 결과분석 :
양 끝에 넣은 나무젓가락을 제대로 고정시키지 않아 계란을 관통해 버려 금이 감.
목표 지점에 근접하게 낙하함.
낙하속도가 빠름. 겉의 구조물인 나무젓가락은 부숴 지지 않음.
3) [구조물 3] - ①실험설계
① 두 번째 실험의 오류였던 양 끝의 나무젓가락을 연결할 때 X자 모양으로 정확하게 연결. ② 빨대와 나무젓가락이 튀어나가지 않게 예전 구성작보다 고무줄을 2번 더 단단하게 감음.
③ 계란주변 빨대를 테이프로 한 번 더 고정시켜 달걀을 튀어나가지 않게 구성함.
[구조물 2] - ②실험과정
(동영상이므로 생략)
[구조물 3] - ③실험결과 및 분석
실험결과 : 성공
실험 결과분석 :
빨대와 나무젓가락 모두 찌그러지지 않고 튼튼하게 낙하함.
목표 지점에 근접하게 낙하함.
낙하속도가 빠름.
Ⅲ. 결론
1) 느낀 점 :
계란 낙하 구조물을 만들기 위해 팀원끼리 계획을 짜고 어떤 재료를 이용해 어떤 식으로 만들어야 계란이 깨지지 않고 잘 보호될 수 있을까라는 창의적인 생각을 가지게 하는 조별과제였다. 우리 팀은 브레인스토밍을 이용해 팀원들이 서로 머리를 맞대며 아이디어를 생각 해 냈고 여러 번의 시행착오를 번복하여 구조물을 제작해 냈다. 이번 실험에 주로 사용한 브레인스토밍은 무엇이 문제인지 쉽게 알아 낼 수 있는 아이디어 창출 방법 이였으며 그만큼 프로젝트 속도도 빠르게 진행 될 수 있도록 도와주었던 방법이었다. 또한 조원들 모두 물리에 대해 관심이 없어 물리 이론에 대해 어려움이 있었지만 계란 낙하 실험을 구상하면서 여러 가지 물리 이론들에 대해 자세히 알 수 있었다. 조원끼리 긴밀한 협조 하에 아이디어는 더욱 창의적이고 더 나은 해결책에 도달할 수 있었고 서로 배울 수 있는 좋은 계기였다고 생각한다. 또한 창의공학설계라는 과목은 단순히 외우거나 공부하는 게 아닌 창의적으로 생각하고 효율적으로 의사소통하는 과목이라고 느끼게 되는 계기였다.
Ⅳ. 참고문헌
네이버 지식백과(두산백과)
창의공학 설계 수업자료

키워드

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