연구 / 상위 모드 측정 예정
줄 위에서 측정하는 진동 밴드갭
질량체 11개를 교대로 배열한 줄에서 고유 진동과 금지 주파수 구간을 조사한다.
주기 구조의 진동
주기 구조에서 파동이 전달되기 어려운 주파수 구간을 밴드갭이라고 한다. 이 현상을 거시적인 역학계에서 확인하기 위해 질량을 교대로 매단 줄의 진동을 연구하는 학생 과제를 지도했다.
3D 프린터로 만든 질량체는 7 g짜리 6개와 18 g짜리 5개다. 장력 7.84 N인 줄에 5.2 cm 간격으로 배열했으며, 소각 근사를 적용하면 등가 용수철 상수는 K = T/a = 150.8 N/m가 된다.
예측과 관측
11자유도 고유값 문제를 풀면 아래쪽 모드 5개와 위쪽 모드 6개 사이에 19.5~33.0 Hz의 금지 구간이 나타난다. 갭의 폭은 13.5 Hz로, 나머지 인접 모드 간격 평균의 5.9배다.
실험에서는 1차부터 3차까지 공명을 관측했다. 위쪽 분지의 측정이 남아 있으므로, 예측한 밴드갭 전체를 실험으로 확인한 상태는 아니다. 계산에서 얻은 고유 모드와 실제 측정한 공명을 구분해 기록한다.
다른 지도 과제
학생 연구에서는 3D 프린터로 만든 사이클로이드 감속기의 파손 하중과 트러스의 구조 해석도 다룬다. 감속기 과제는 파손된 아웃핀의 내부 채움 형태를 비교하며, 밀도 25%를 유지하고 물을 100 g씩 더해 파손 하중을 측정하도록 설계했다.
유동과 열 해석에서는 드론 날개 주위의 흐름과 힘의 주파수 성분을 조사한다. 학생의 관심 주제를 측정 조건과 계산 문제로 구체화하고, 예측과 관측을 대조하도록 지도한다.