코풀 커뮤니티

아두이노에 대한 이해 피지컬 컴퓨팅과 아두이노와 C언어로 만드는 MBL 과학실험에 대해서 알게 되었다. 아두이노 프로그래밍 규칙과 아두이노의 구조와 작동원리에 대해서도 새롭게 알게 되었다. 아두이노에는 다양한 센서와 엑추에이터가 존재하는데 각각의 센서와 엑추에이터의 구조와 사용 방법도 알 수 있었다. 또 센서와 엑추에이터를 함께 사용할 수 있다는 것을 활동을 통해 알 수 있었다. 아두이노를 배우면 무엇을 할 수 있는지와 아두이노를 다양한 곳에 활용할 수 있다는 것도 알 수 있었다.

아두이노를 이용한 물과 소금물의 어는점 비교 실험 이 실험의 목적은 방수 온도 센서를 사용하여 실험 장치를 설계하고 물과 소금물의 어는점을 비교하는 것이다. 물과 소금물의 어는점을 비교해 순물질과 혼합물이 어떤 차이가 있는지 알 수 있었다. 이를 통해 물과 소금물의 어는점 차이를 이해하고 아두이노를 활용한 데이터 측정 방법을 익힐 수 있었다. 물질의 어는점은 용질이 첨가될 경우 낮아진다. 이는 용질 입자가 용매 입자 사이에 들어가 결빙 과정을 방해하기 때문이다. 아두이노 회로 구성 방법은 온도 센서를 브레드보드에 연결하고 아두이노 우노를 컴퓨터에 연결하여 코드를 업로드 하는 것이다. 그런 후 온도 센서를 준비한 물과 소금물에 각각 넣고 온도를 실시간으로 측정한다. 여기서 온도가 일정하게 유지되기 시작하는 시점을 어는점으로 간주한다. 실험을 통해 얻은 실험 결과는 온도 센서를 증류수에 넣었을 때는 어는점이 약 0도씨였고 온도 센서를 소금물에 넣었을 때에 어는점은 약 영하 6.5도씨였다. 결론적으로 이 실험을 통해 소금물이 물보다 어느점이 더 낮고 늦게 어는 것을 알 수 있었다. 이는 소금이 물에 결빙을 방해하는 효과를 입증한다. 이 실험을 하면서 아두이노와 같은 센서를 활용해 데이터를 실시간으로 측정하는 과정이 매우 흥미로웠다. 온도 변화를 눈으로 직접 확인하며 과학적 현상을 체감할 수 있었다. 또 물과 소금의 어는점의 이론값과 실험 결과값을 비교하여 두 값이 일치함을 알 수 있었다. 또 아두이노 코드를 수정하고 센서를 보정하는 과정에서 전자기기와 화학 실험의 융합이 과학적 탐구에 큰 도움을 준다는 것을 깨달았다. 실험을 하면서 어려웠던 점은 초기 실험에서 온도 센서가 정확한 온도를 측정하지 못하는 경우가 있었다. 이를 해결하기 위해 센서 보정을 수행했으며 데이터 핀 연결과 저항 문제를 점검하였다. 또 얼음과 소금을 섞어 만든 냉각 환경이 일정하기 않아 온도가 빠르게 변하는 경우가 있었다. 이를 해결하기 위해 얼음과 소금을 추가로 보충하며 온도를 안정화하였다. 이 실험을 통해 소금이 물에 어는 점을 낮추는 원리를 직접 확인할 수 있었다. 실험 과정에서 발생한 문제를 해결하며 아두이노를 활용한 데이터 측정 기술을 익힐 수 있었고 농도와 온도의 관계를 구체적으로 이해하는데 큰 도움을 받았다.

아두이노를 이용한 자유 낙하 운동 실험 실험 목표는 적외선 감지 센서와 충격 감지 센서를 사용해 자유 낙하 물체의 운동 시간을 측정하여 중력과 자유 낙하 속도를 확인하는 것이다. 거리 속도, 가속도 간의 관계 학습과 물리학에서 중력에 의한 운동을 이해할 수 있었다. 아두이노 우노와 적외선 감지 센서, 충격 감지 센서, LCD를 각각 점퍼선으로 연결하고 적외선 감지 센서, 충격 감지 센서, LCD의 일부분은 점퍼선을 이용하여 브레드보드와 연결하였다. 적외선 감지 센서는 높은 곳에 설치해야 하기 때문에 점퍼선을 5~6개 정도 사용하였다. 실험 장치 설계를 끝내고 소스 코드를 컴퓨터에 작성하여 업로드하였다. 물체를 놓았을 때 적외선 감지 센서가 통과 시간을 측정하고 물체가 자유 낙하 운동을 하여 지면에 닿았을 때 충격 감지 센서가 물체가 운동한 시간을 측정한다. 두 센서를 통해 측정된 시간을 아두이노 시리얼 모니터를 통해 확인한다. 4~5회 정도 같은 높이에서 실험을 반복 수행하여 데이터를 수집하였고 그 값의 평균을 도출하였다. 4회 반복 실험을 했을 때 각각 10.7, 10.3, 11.0, 10.4의 결과가 나왔다. 이 값들의 평균값은 10.6으로 이론값인 9.8과 0.8의 오차가 발생했다는 것을 알 수 있었다. 이 실험을 통해 자유 낙하 운동의 원리를 이해할 수 있었고 중력 가속도 g를 계산함으로써 물리학적 원리를 이해할 수 있었다. 아두이노를 이용하여 물리 실험을 진행하는 과정이 매우 흥미로웠다. 특히 센서를 활용한 시간 측정이 정확하고 효율적이라는 점을 배울 수 있었다. 또 중력 가속도 값을 직접 계산하면서 물리학적 이론이 실험으로 검증될 수 있음을 체감할 수 있었다. 또 센서 배치와 초기 물체의 낙하 위치를 정확히 조정하는 것이 실험의 성공에 중요한 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 실험을 하면서 어려웠던 점은 적외선 센서가 주변 환경에 영향을 받아 신호를 감지하지 못하는 경우가 있었다. 이를 해결하기 위해 실험 환경을 조정하고 센서 민감도를 재조정하였다. 또 센서와 물체의 상호작용에서 발생하는 미세한 오차가 시간 측정 결과에 영향을 주었다. 이를 보완하기 위해 여러 차례 반복 실험을 통해 평균값을 도출하였다. 또 낙하 거리를 정확히 측정하기 않았을 때 중력 가속도 계산에 오차가 발생하였다. 이를 보완하기 위해 줄자를 수직으로 고정하여 높이를 정확히 측정하였다. 이 실험을 통해 아두이노와 여러 가지 센서를 활용하여 자유 낙하 운동을 이해할 수 있었다. 아두이노와 센서를 활용한 데이터 측정이 비교적 신뢰성이 높다는 것을 알 수 있었다. 아두이노를 활용한 자유 낙하 실험은 전통적인 방식보다 데이터 측정이 간편하고 실험 결과를 시각화하는데 효과적이라는 것을 깨달았다. 이를 통해 아두이노와 센서를 결합하여 다양한 물리 실험에 적용할 가능성을 확인했다. 자유 낙하 운동과 관련된 물리 개념을 직접 경험하며 이해를 심화할 수 있었고 단순히 이론으로 배우는 것을 넘어 실제로 측정된 데이터를 분석하면서 물리 법칙이 실험으로 검증될 수 있음을 체감하였다. 아두이노와 다양한 센서를 결합하여 더 많은 과학적 실험을 설계하고 진행하는 방향을 연구하면 좋을 것 같다는 생각이 들었다.