과학적이거나 기술적인
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비행기 속도과학적이거나 기술적인 2020. 5. 19. 15:11
자동차 속도는 바퀴의 회전 (정확히 말해, 트랜스미션 구동축의 회전)을 갖고 구할 수 있다. 하지만 배나 비행기의 속도는 그런 방식으로 구할 수 없을 것 같다. 자동차 바퀴와 달리 프로펠러가 한 바퀴 돌았다고 배가 몇 미터 진행했다고 볼 수도 없다. 비행기 속도는 피토관(Pitot tube)를 이용하여 구한다고 한다. 베르누이에 따르면, (밀도가 동일할 때) 유체는 항상 같은 시간 동안 같은 부피만큼 흐른다. 그래서 관이 좁으면 빨리 흐르고 넓으면 천천히 흐른다. 그리고 이로부터 속도가 커지면 압력이 작아지고, 속도가 작아지면 압력이 커진다는 것을 알 수 있다. stagnation point에서 유속은 (막힌 셈이어서) 0이다. 따라서 다음과 같이 두 압력의 차이를 구하고, 그로부터 속도를 환산할 수 있..
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터보팬 엔진과학적이거나 기술적인 2020. 5. 19. 11:31
원심형 (centrifugal) 압축기, 축류형 (axial) 압축기, 그리고 그 두 가지를 결합한 것 중 어느 것이 오늘날 가장 많이 쓰이는지 모르겠다. 원심형 압축기가 어떤 원리로 공기를 압축하는지 잘 모르겠다. 압축기에는 회전자(rotor)와 고정자(stator)가 번갈아 있고, 뒤로 가면서 좁아진다. 유속이 빨라지면 압력이 줄어들 듯이, 고정자에 의해 공기 흐름이 느려지면서 압력이 증가하는가 보다. 모든 공기가 연소기로 들어가는 건 아니고 일부는 바깥쪽으로 돌아나가 소음을 줄이고 터빈을 식힌다고 한다. 소음이 어떤 원리로 줄어드는지는 알아내지 못했다. 엔진 앞에 팬 대신 프로펠러를 단 것을 터보프롭(turboprop)이라고 하는데 저속 비행에 유리하다고 한다. 주로 소형 상용기에 쓰이는 듯하다. ..
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직류 모터과학적이거나 기술적인 2020. 5. 18. 16:20
플레밍의 왼손 법칙만 갖고 직류 모터가 시계 방향으로 또는 반시계 방향으로 회전할지 판단하는 게 가능한지 모르겠다. 회전자가 평면적 선형으로 표현된 도형에서는 회전 방향이 분명해 보이지만, 실제 모터에서는 회전자가 코일 권선으로 이루어져 있기 때문에 전류가 도대체 어느 방향으로 흐른다는 것인지 모르겠다. 아무튼 여기에서 주목해야 할 것은 코일에 전류를 공급하는 브러시(철 수세미나 스폰지처럼 생겼을 것 같다)라는 부품인데, 그것이 소음과 열을 유발한다. 무엇보다 좋지 않은 것은 마찰에 의해 닳기 때문에 주기적으로 교체해야 한다는 것이다. 브러시 없는 모터는 브러시 모터를 뒤집은 형태이다. 코일 권선이 고정자이고, 영구 자석이 회전자이다. 그래서 브러시가 필요하지 않다. 플레밍의 왼손 법칙을 여기에 어떻게 ..
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3상 전기과학적이거나 기술적인 2020. 5. 18. 14:29
모터의 원리를 이해하고자 인터넷을 뒤졌는데, 늘 그렇듯이, 3상 전기를 비롯한 기반 지식을 먼저 알아야 한다. 직류는 교류에 비해 멀리 보내기 힘들다고 고등학교 때 배웠던 것 같다. 전기를 멀리 보내려면, 발전소는 높은 전압으로 보내고, 주택은 낮은 전압으로 받아야 한다. 그 과정에 필요한 것이 변압기인데 직류를 변압하는 것은, 위상이 바뀌지 않기 때문에, 달리 말해 주파수가 없기 때문에, 가능하지 않다. R-S, S-T, 또는 R-T 결선으로 단상 380 V를 얻을 수 있고, R-N, S-N, T-N 결선으로 단상 220 V를 얻을 수 있다. 3상 전기는 단상 전기에 비해 여러모로 경제적이라고. 소비 전력이 6200 W인 제품에 단상 220 V 전기를 걸면 $$I = \frac{P}{V} = \frac..
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인덕션 레인지에 알루미늄 냄비를 쓸 수 없는 이유과학적이거나 기술적인 2020. 5. 8. 13:46
처남이 무슨 행사에서 얻은 인덕션 레인지를 절반 가격에 우리에게 넘겼다. 설명서에 따르면 자석이 잘 붙는 재질의 기구만 사용할 수 있다. 왜? 인덕션 레인지의 원리는 알고 있다. 코일에 전류가 흐를 때 가까이에 있는 금속에 유도 전류가 발생하고, 저항에 의해 열이 발생한다. 은, 구리, 알루미늄의 전기 전도율이 철보다 높으니 이런 재질로 이루어진 냄비를 쓰지 못할 이유가 없을 것 같다. 시험해보니 실망스럽게도 갖고 있는 여러 냄비와 팬이 인덕션 레인지에 사용할 수 없다. 주파수가 높을수록 도체 표면으로 전류가 집중하는 현상을 표면 효과(skin effect)라고 하고, 그때 전류가 흐르는 깊이를 표면 깊이(skin depth)라고 한단다. 24 kHz에서 (인덕션 레인지가 대략 이 주파수를 사용하는 듯)..
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NFC 태그는 전원 없이 어떻게 작동하는가?과학적이거나 기술적인 2020. 2. 21. 14:16
카드키를 도어록에 대면 문이 열린다. 이것도 NFC 기술을 이용한다. 스마트폰을 단말기에 접촉시키는 경우는 양쪽 모두 전원을 갖고 있으니까 그 무선 통신이 당연하다 여기었는데 카드키의 경우는 이해되지 않았다. 카드키에는 배터리가 없는데 어떻게 전파를 송출할까? NFC 태그가 저렇게 생겼다. 도어록에도 스마트폰에도 같은 형태로 안테나와 코일이 달려있다. 카드키를 도어록에 가까이 대면, (도어록에는 전원이 있으니까) 전자기 유도로 인해 카드키에 전류가 흐르면서 에너지가 발생한다. 전파를 발생할 만큼 에너지가 충분해지면 칩에 저장된 정보가 13.56 MHz 주파수를 통해 106,212 또는 424 kpbs의 속도로 날아간다고 한다. 스마트폰 무선 충전도, 인덕션 오븐도 전자기 유도의 응용이다.
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조리개와 심도과학적이거나 기술적인 2020. 2. 19. 11:50
조리개가 활짝 열려있을 때 더 멀리에 있는 사물이 흐릿하게 보이는 까닭을 이 그림들을 본 뒤에 비로소 이해했다...고 믿었는데, 여전히 알쏭달송하여 전문가에게 도움을 청하였다. 렌즈 앞에 피사체가 있다. 렌즈의 관점에서 피사체는 유리판처럼 겹쳐 세워진 연속된 평면들이다. 우리는 그것들 중 하나를 가장 선명하게 사진에 담고자 한다. 평면들에서 출발한 수많은 빛의 점들이 날아오면서 점점 커져 원이 된다. 이 원들이 렌즈를 통과하면서 급격히 작아진다. 우리가 의도한 평면(임계초점면, the plane of critical focus)에서 출발한 원들이 필름에 닿을 때 (또는 이미지 센서에 닿을 때) 충분히 작아져서 점들이 된다. 그 면보다 뒤에서 출발한 원들은 필름에 닿을 때 아직 충분히 작아지지 못했고, 그..