KR20110123832A

KR20110123832A - 수면파 발생장치

Info

Publication number: KR20110123832A
Application number: KR1020100043267A
Authority: KR
Inventors: 김성훈
Original assignee: 김성훈
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2011-11-16

Abstract

본 발명은 수조에 담긴 매질의 표면에서 발생되는 수면파(water waves)를 관찰하기 위한 수면파 발생장치로서 수면파의 다양한 파동현상을 시인성 높은 정지화상으로 관찰할 수 있는 수면파 발생장치에 관한 것이다.
구체적으로 투명 또는 반투명 재질로 이루어지고 매질이 저장되는 수평의 수조; 플런저를 직선 왕복 운동시키는 솔레노이드 진동자 및 상기 플런저와 연결되어 수직 왕복 운동하는 프루브가 구비되고, 상기 프루브의 말단이 상기 매질의 표면에 접촉하도록 상기 수조의 일 측에 설치되는 적어도 하나의 진동수단; 적어도 하나의 고휘도 LED가 구비되어 상기 매질을 향해 빛을 조사하도록 상기 수조의 상부에 설치되는 조명수단; 외부의 전원이 공급되는 전원공급부, 사용자의 지시 입력을 위한 입력부, 상기 사용자의 지시에 따라 상기 프루브의 수직 왕복 주기와 상기 고휘도 LED의 점멸주기를 별개로 제어하거나 상기 프루부의 수직 왕복 주기와 상기 고휘도 LED의 점멸주기가 일치하도록 상기 솔레노이드 진동자와 상기 고휘도 LED를 제어하는 제어부가 구비된 콘트롤러를 포함하는 수면파 발생장치를 제공한다.

Description

수면파 발생장치{water waves generator apparatus}

본 발명은 수면파 발생장치(water waves generator apparatus)에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 수조에 담긴 매질의 표면에서 발생되는 수면파(water waves)를 관찰하기 위한 수면파 발생장치로서 수면파의 다양한 파동현상을 시인성 높은 정지화상으로 관찰할 수 있는 수면파 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 수면파(water waves)란 두 매질 사이의 경계에서 발생되는 파동을 총칭하며, 서로 다른 종류의 매질 사이에서 나타나는 표면파(surface wave)와 서로 다른 성질의 매질 사이에서 나타나는 내부파(internal wave)를 포함한다.

하지만 수면파라고 하면 대게는 표면파를 의미하는데, 이는 물의 운동에서 쉽게 볼 수 있으므로 수파 또는 물결파라고도 불리며, 흐트러진 수면에서 발생되는 표면장력과 물 분자에 미치는 중력이 복원력으로 작용하여 물 입자는 진행방향에 수직으로 진동하고 위상변화는 진행방향에 평행으로 전달된다. 따라서 수면파는 매질의 직접적인 이동 없이 위상변화에 따른 에너지 전달만을 수반하고, 전파속도는 매질의 깊이에 비례하며 파장의 제곱근에 비례한다.

한편, 수면파는 파동의 발생, 전달, 소멸의 과정을 시각적으로 쉽게 확인할 수 있으므로 회절이나 간섭 등 각종 파동현상의 관찰에 많이 응용된다.

첨부된 도 1은 한국실용신안 출원번호 제20-2002-0008091호에 개시된 일반적인 수면파 발생장치의 사시도이다.

보이는 것처럼, 일반적인 수면파 발생장치는 테이블(12) 등을 매개로 일정높이에 수평으로 설치되는 수조(11), 수조(11)의 일 측에 설치되어 수조(11) 내 저장된 매질의 표면에 인위적 진동을 가하는 진동수단(14), 수조(11)의 상단에 설치되어 수조(11)의 전(全) 면적에 걸쳐 수직 하방으로 빛을 발하는 조명수단(15), 수조(11)의 하단에 설치되어 조명수단(15)에 의한 수면파의 투영상을 비쳐내는 스크린(13)을 포함한다.

이때, 매질은 주로 물이 사용되고, 진동수단(14)은 모터 등의 구동수단 및 매질의 표면에 접촉된 상태로 상기 구동수단에 의해 진동하는 적어도 하나의 프루브를 포함하며, 조명수단(15)은 할로겐 램프 등을 광원으로 활용하여 수면파의 진행방향에 수직인 빛을 조사하고, 스크린(13)은 백색 또는 이와 유사한 컬러의 천 또는 종이 등으로 이루어져 매질을 사이에 두고 조명수단(15)과 마주본다.

그 결과 진동수단(14)을 구동시키면 수조(11) 내 물의 표면으로부터 수면파가 발생되고, 조명수단(15)의 빛은 수면파의 투영상을 스크린(13)에 표시한다. 따라서 관찰자는 스크린(13)을 통해 수면파의 발생, 전달, 소멸 내지는 회절, 간섭 등의 파동현상을 관찰할 수 있다.

하지만, 일반적인 수면파 발생장치는 수면파를 평면에 투영하는 것에 지나지 않는다. 따라서 스크린을 통해 관찰 가능한 투영상은 정지화상이 아닌 연속화상이며, 실질적으로 매질의 표면에서 보여지는 것과 별반 다르지 않다. 때문에 회절, 간섭 등 수면파의 각종 파동현상을 관찰하기에는 부족한 점이 많다.

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 안출된 것이다. 즉, 본 발명은 수조에 담긴 매질의 표면에서 발생되는 수면파를 관찰하기 위한 수면파 발생장치로서 간단한 구성 및 저가의 제조비용으로도 수면파의 다양한 파동현상을 시인성 높은 정지화상으로 제공할 수 있는 구체적인 방도를 제시하는데 그 목적을 둔다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 투명 또는 반투명 재질로 이루어지고 매질이 저장되는 수평의 수조; 플런저를 직선 왕복 운동시키는 솔레노이드 진동자 및 상기 플런저와 연결되어 수직 왕복 운동하는 프루브가 구비되고, 상기 프루브의 말단이 상기 매질의 표면에 접촉하도록 상기 수조의 일 측에 설치되는 적어도 하나의 진동수단; 적어도 하나의 고휘도 LED가 구비되어 상기 매질을 향해 빛을 조사하도록 상기 수조의 상부에 설치되는 조명수단; 외부의 전원이 공급되는 전원공급부, 사용자의 지시 입력을 위한 입력부, 상기 사용자의 지시에 따라 상기 프루브의 수직 왕복 주기와 상기 고휘도 LED의 점멸주기를 별개로 제어하거나 상기 프루부의 수직 왕복 주기와 상기 고휘도 LED의 점멸주기가 일치하도록 상기 솔레노이드 진동자와 상기 고휘도 LED를 제어하는 제어부가 구비된 콘트롤러를 포함하는 수면파 발생장치를 제공한다.

이때, 상기 고휘도 LED는 SMD(Surface Mount Devices) 타입인 것을 특징으로 하고, 상기 수조의 하단에 설치되어 상기 매질의 표면과 마주보는 스크린을 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 수조의 일 측에 설치되어 상기 조명수단과 상기 진동수단이 각각 상하로 이동 가능하게 결합되는 스탠드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수면파 발생장치는 수면파의 다양한 파동현상을 시인성 높은 정지화상으로 표시할 수 있다. 따라서 보다 정확한 관찰이 가능하며, 본 발명이 실험장치 등에 적용되면 파동현상에 대한 이해도를 한층 더 높일 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 수면파 발생장치는 상대적으로 구성이 간단하고 저가의 제조비용으로 구현 가능하므로 고장 내지는 오작동의 가능성이 작고 범용적으로 사용될 수 있는 장점을 나타낸다.

도 1은 일반적인 수면파 발생장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 수면파 발생장치의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 수면파 발생장치의 진동수단에 대한 일부 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 수면파 발생장치의 조명수단에 대한 일부 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 수면파 발생장치의 콘트롤러에 대한 모식도.
도 6은 본 발명에 따른 수면파 발생장치로부터 촬영한 수면파의 사진.

이하, 도면을 참조해서 본 발명을 상세하게 살펴본다.

도 2는 본 발명에 따른 수면파 발생장치의 바람직한 일 양태(樣態)를 나타낸 사시도이다.

보이는 것처럼, 본 발명에 따른 수면파 발생장치는 매질(W)이 저장되는 수평의 수조(50), 수조(50)의 일 측에 설치되어 매질(W)의 표면에 직접적인 진동을 가하는 적어도 하나의 진동수단(60), 수조(50)의 상단에 설치되어 수직 하방으로 빛을 발하는 조명수단(80), 사용자의 지시입력에 따라 진동수단(60)의 진동주기와 조명수단(80)의 점멸주기를 제어하는 콘트롤러(90), 수조(50)의 하단에 설치되어 수조(50)를 사이에 두고 조명수단(80)과 마주보는 스크린(100)을 필수 구성요소 하며, 그외에 바람직하게는 진동수단(60)과 조명수단(80)의 위치를 적절히 조절 및 고정하는 스탠드(S)와 클램프(C1,C2,C3,C4)를 포함한다.

이때, 특히 본 발명에 따른 수면파 발생장치의 진동수단(60)은 솔레노이드 진동자를 포함하고, 조명수단(80)은 고휘도 LED를 포함하며, 콘트롤러(90)는 진동수단(60)과 조명수단(60)을 각기 별개로 제어하거나 일정 규칙에 따라 상호 연동시키는 것을 특징으로 하는바, 각각을 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 수조(50)는 상면이 개방된 직육면체 또는 이와 유사한 장방형으로서 유리, 플라스틱 등의 투명재질로 이루어지고, 바람직하게는 다리(52) 또는 테이블 등을 매개로 일정 높이에 수평으로 배치된다. 이때, 수조(50)의 바닥면을 제외한 나머지 측면은 불투명해도 무관하며, 네 개의 측면 중 일부 또는 전부의 안쪽에는 반사파를 방지하기 위한 스펀지 등이 부착될 수 있다.

그리고 수조(50) 내 저장되는 매질(W)은 빛이 투과할 수 있는 투명 또는 반투명의 액상이라면 특별한 제한이 없지만 일례로 물이 사용된다.

다음으로, 하나 이상의 진동수단(60)은 수조(50)의 일 측에서 매질(W)의 표면에 직접적인 진동을 가하여 수면파를 발생시킨다.

이를 위한 진동수단(60)은 플런저(plunger)의 직선 왕복 운동을 유발하는 솔레노이드 진동자, 매질(W)에 말단의 일부가 침지되도록 플런저와 연결된 프루브(60)를 각각 포함한다. 여기서 솔레노이드 진동자란 솔레노이드 밸브 등 솔레노이드의 동작원리를 응용하여 플런저의 직선 왕복운동을 유발하는 모든 종류를 총칭하는데, 도 3은 임의의 진동수단(60)을 간략히 나타낸 단면 모식도이다.

보이는 것처럼, 진동수단(60)은 솔레노이드 진동자(62)와 프루브(74)를 포함한다. 그리고 솔레노이드 진동자(62)는 통공(64)이 관통된 원통 형상의 코어(66), 코어(66)의 외주면을 따라 권취된 코일(68), 스프링(72) 등을 매개로 코어(66)의 통공(64)에 길이방향을 따라 삽입된 금속재질의 플런저(70)를 포함하며, 플런저(70)의 말단에는 프루브(74)가 연결된다.

따라서 코일(68)에 전류가 인가되면 코어(66)의 내부로 자기장이 유도되어 플런저(70)가 통공의 안쪽으로 끌어 당겨지고, 전류가 차단되면 스프링(72)의 탄성력에 의해 플런저(70)는 다시 제자리로 돌아간다. 즉, 본 발명에 따른 수면파 발생장치의 진동수단(60)은 솔레노이드 진동자(62)의 코일(68)에 인가되는 전류로 플런저(70)의 직선 왕복 운동을 유발하고, 플런저(70)에 연결된 프루브(74)는 매질(W)의 표면에 직접적인 진동을 가해 수면파를 발생시킨다.

그리고 프루브(74)는 플런저(70)에 직접 또는 링크(ling) 등의 기계적 연결수단을 매개로 연결될 수 있으며, 이로써 플런저(70)의 직선 왕복운동을 매질(W)의 표면에 수직인 수직 왕복운동으로 적절히 변환한다.

다시 도 2로 돌아와서, 조명수단(80)은 수조(50)의 상부에서 하부로 빛을 발하고, 이를 위한 광원으로 바람직하게는 적어도 하나의 고휘도 LED를 사용한다.

첨부된 도 4는 조명수단(80)을 그보다 낮은 시점에서 올려다본 일부 사시도로서 도 2와 함께 참조한다.

보이는 것처럼, 본 발명에 따른 수면파 발생장치의 조명수단(80)은 고휘도 LED(84)를 포함한다. 여기서 고휘도 LED(84)는 소비전력 20mA 이상, 반응속도 0.0000001초 이상의 하이플럭스 LED(High Flux LED, 소비전력 30~80mA), 파워 LED(power LED, 소비전력 150mA~1A)를 총칭하며, 바람직하게는 PCB(82)에 일체로 탑재된 박형의 SMD(Surface Mount Devices) 방식을 사용한다.

따라서 조명수단(80)에 전류가 인가되면 고휘도 LED(84)는 수조의 전(全) 면적에 걸쳐 수직 하방으로 빛을 발하고, 전류가 차단되면 오프된다. 즉, 본 발명에 따른 수면파 발생장치의 조명수단(60)은 고휘도 LED(84)에 인가되는 전류로 빛의 점멸현상을 유도한다. 그리고 바람직하게는 조명수단(80)은 고휘도 LED(84)로부터 발한 빛을 고품위로 가공하도록 빛의 진행경로 상에 놓인 볼록 및/또는 렌즈(86)를 포함한다.

다음으로, 도 2에 도시된 콘트롤러(90)는 사용자의 지시 입력에 따라 외부에서 공급되는 전력으로 진동수단(60)과 조명수단(80)을 제어한다.

이때, 바람직하게는 콘트롤러(90)는 사용자의 지시에 따라 진동수단(60)의 진동주기와 조명수단의 점멸주기(80)를 각기 별개로 제어하거나 사용자의 지시에 따른 진동수단(60)의 진동주기에 조명수단(80) 점멸주기가 일치하도록 제어한다. 그리고 전자와 같이 진동수단(60)의 진동주기와 조명수단(80)의 점멸주기를 별도로 제어하면 사용자는 원하는 진동주기와 점멸주기를 자유로이 선택할 수 있어 위상차로 인한 간섭현상 등 한층 더 다양한 파동현상을 관찰할 수 있고, 후자와 같이 진동수단(60)의 진동주기에 조명수단(80)의 점멸주기가 일치하도록 제어하면 사용자는 해당 진동주기의 수면파를 실질적인 정지화상으로 관찰할 수 있다.

참고로, 전자의 경우는 쉽게 이해될 수 있으므로 별도의 설명을 생략하는 대신, 후자의 경우는 피조물의 진동주기와 조명의 점멸주기가 일정하게 동기되면 진동이 정지한 것처럼 보이는 스트로브(strobe) 효과를 응용한 것인바, 본 발명에 따른 수면파 발생장치는 수면파의 다양한 파동현상을 시인성 높은 정지화상으로 표현할 수 있다.

첨부된 도 5는 콘트롤러(90)의 개략적인 구조를 나타낸 모식도로서 도 2와 함께 참조한다.

보이는 것처럼, 콘트롤러(90)는 외부의 전력을 수급하는 전원공급부(82), 사용자의 지시입력을 위한 인터페이스부(94), 인터페이스부(94)로 입력되는 사용자의 지시에 따라 진동수단(60)과 조명수단(80)를 제어하는 제어부(98)를 포함한다. 이때, 콘트롤러(90)는 진동수단(60)과 조명수단(80)과 각각 전기적으로 연결되지만 도 2에서는 편의상 해당 역할을 위한 전선 등은 생략하였다.

그리고 바람직하게는 전원공급부(92)는 수용가의 콘센트 등을 통해 AC 110V 또는 220V의 상용전원을 수급하며, 인터페이스부(94)는 사용자의 지시입력을 위한 다이얼(95) 및 단추(96)를 제공한다. 이때, 인터페이스부(94)로 입력되는 사용자의 지시는 컨트롤러(90)를 비롯한 진동수단(60)과 조명수단(80)의 온/오프, 진동수단(60)의 진동주기, 조명수단(80)의 점멸주기에 대한 선택일 수 있고, 인터페이스부(94)는 해당 지시를 효과적으로 입력할 수 있는 모든 수단을 포함한다.

더 나아가 인터페이스부(94)는 사용자가 선택한 진동수단(60)의 진동주기 내지는 조명수단(80)의 점멸주기를 표시하는 표시장치(97)를 포함할 수 있다.

또한, 제어부(98)는 인터페이스부(94)로 입력된 사용자의 지시에 따라 콘트롤러(90)를 비롯한 진동수단(60)과 조명수단(80)의 전원을 온/오프하는 한편, 인터페이스부(94)로 입력된 사용자의 지시에 따라 진동수단(60)의 진동주기와 조명수단(80)의 점멸주기를 각기 별개로 제어하거나 인터페이스부(94)로 입력된 사용자의 지시에 따라 사용자가 선택한 진동수단(60)의 진동주기에 조명수단(80)의 점멸주기가 일치시킨다. 이를 위해 제어부(98)는 진동수단(60)과 조명수단(80)으로 전달되는 전류를 각각 제어하며, 일례로 상기 전류는 동일주기의 펄스 형태를 나타낼 수 있다.

마지막으로, 수조(50)의 하단에는 조명수단(80)과 마주보는 스크린(100)이 설치되고, 이는 바람직하게는 백색 또는 이와 유사한 컬러의 천, 종이 등으로 이루어진다.

그 밖에도 본 발명에 따른 수면파 발생장치는 수조(50)의 일 측에 설치된 스탠드(S)를 포함할 수 있고, 여기에는 진동수단(60) 및 조명수단(80)과 물리적으로 연결된 하나 이상의 클램프(C1,C2,C3,C4)가 상하로 이동 가능하게 장착된다. 따라서 사용자는 목적에 따라 진동수단(60)의 위치와 수량, 조명수단(80)의 위치 등을 적절히 조절하여 한층 더 다양한 파동현상을 관찰할 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명에 따른 수면파 발생장치를 이용한 수면파의 관찰방법을 살펴본다.

우선, 사용자는 수조(50)에 매질(W)인 물을 담고 스탠드(S)와 클램프(C1,C2,C3,C4) 등으로 진동수단(60)과 조명수단(80)의 위치를 적절히 조절한다. 이때, 목적에 따라 진동수단(60)은 적절한 수량이 선택되고, 해당 진동수단(60)의 프루브(74)는 수조(50)의 일 측에서 말단의 일부가 수면에 침지되며, 조명수단(80)의 수조(50)의 직 상방에서 다양한 각도로 배치된다.

이어서, 사용자는 콘트롤러(90), 진동수단(60), 조명수단(80)의 전원을 온 한 후 원하는 진동수단(60)의 진동주기를 선택한다. 이에 따라 진동수단(60)의 프루브(74)가 상하로 진동하여 수면에는 수면파가 발생되고, 스크린(100)에는 수면파의 투영상이 표시되는데, 여기서 사용자는 조명수단(80)의 점멸주기를 별도로 선택함으로써 위상차로 인한 다양한 파동현상을 관찰하거나 또는 진동수단(60)의 진동주기를 선택한 후 조명수단(80)의 점멸주기가 이와 일치되게 함으로써 해당 진동주기의 수면파를 실질적인 정지화상을 관찰할 수 있다.

참고로, 첨부된 도 6은 진동수단(60)의 진동주기와 조명수단(80)의 점멸주기를 일치시켜 촬영한 사진으로서, 파동현상이 시인성 높게 표시되어 있다.

50 : 수조 52 : 다리
60 : 진동수단 74 : 프루브
80 : 조명수단 90 : 콘트롤러
100 : 스크린 W : 매질
S : 스텐드 C1,C2,C3,C4 : 클램프

Claims

투명 또는 반투명 재질로 이루어지고 매질이 저장되는 수평의 수조;
플런저를 직선 왕복 운동시키는 솔레노이드 진동자 및 상기 플런저와 연결되어 수직 왕복 운동하는 프루브가 구비되고, 상기 프루브의 말단이 상기 매질의 표면에 접촉하도록 상기 수조의 일 측에 설치되는 적어도 하나의 진동수단;
적어도 하나의 고휘도 LED가 구비되어 상기 매질을 향해 빛을 조사하도록 상기 수조의 상부에 설치되는 조명수단; 및
외부의 전원이 공급되는 전원공급부, 사용자의 지시 입력을 위한 입력부, 상기 사용자의 지시에 따라 상기 프루브의 수직 왕복 주기와 상기 고휘도 LED의 점멸주기를 별개로 제어하거나 상기 프루부의 수직 왕복 주기와 상기 고휘도 LED의 점멸주기가 일치하도록 상기 솔레노이드 진동자와 상기 고휘도 LED를 제어하는 제어부가 구비된 콘트롤러를 포함하는 수면파 발생장치.
청구항 1있어서,
상기 고휘도 LED는 SMD(Surface Mount Devices) 타입인 수면파 발생장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수조의 하단에 설치되어 상기 매질의 표면과 마주보는 스크린을 더 포함하는 수면파 발생장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수조의 일 측에 설치되어 상기 조명수단과 상기 진동수단이 각각 상하로 이동 가능하게 결합되는 스탠드를 더 포함하는 수면파 발생장치.