토네이도 발생 관련 변인 탐구 및 인공 토네이도 장치의 개발 = Experimental Investigation of Factors Influencing Tornado Occurrence and Development of Artificial Tornado Instrument

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study is based on the findings of Science, Technology, Engineering, Arts, and Mathematics (STEAM), Research & Education(R&E) project conducted by science high school students. The purposes of the study were to investigate factors affecting the occurrence of tornado and to develop an artificial tornado instrument to help students learn Earth science concepts and inquiry. The factors influencing a formation of tornado and the artificial tornado instrument were discussed through the literature review. The artificial tornado instrument was consist of ‘boardrong woodrock', OHP film and PC cooling fan to occur an ascending air current.
The fog occurred from dry ice and hot water was used to observe the artificial tornado. At the first stage of experiment, the difference of artificial tornados was analyzed related to factors of the artificial tornado system. At the second stage of experiment, the artificial 토네이도 발생 관련 변인 탐구 및 인공 토네이도 장치의 개발 183 tornado instrument were newly re-designed and built to occur the tornado that was similar with the natural tornado. The results indicated that there was a correlation between the artificial tornado and the factors of artificial tornado system such as voltage, length and width of wind tunnel. In 3 V condition, artificial tornado was occurring successfully, and in 5 V condition, the artificial tornado instrument with the higher and wider wind tunnel was only producing a tornado. In summary, the artificial tornado instrument was designed and developed to occur the artificial tornado effectively. This instrument could be helpful for students learn earth science and concepts related to a tornado.

국문 초록 (Abstract)

이 연구는 과학고 학생들을 대상으로 Science, Technology, Engineering, Arts, and Mathematics (STEAM) Research & Education (R&E) 과제로 수행되었다. 이 R&E 과제의 목적은 토네이도와 관련하여변인을 탐구하고 지구과학 탐구 학습에 활용 가능한 인공 토네이도 장치를 개발하는 것이다. 토네이도와 관련된 사회적 자료, 학술 자료, 특허 자료 등의 선행 연구를 통해 변인을 설정하고, 이를 토대로 인공 토네이도 발생 장치를 직접 개발하여 제작하였다. 인공 토네이도 구조물은 압축 스티로폼(보드롱)과 OHP 복사용지를 기본으로 제작되었고, PC 쿨링팬으로 상승기류를 생성하여 토네이도가 발생될 수 있게 제작하였다.
또한, 발생되는 인공 토네이도를 시각적으로 관찰하기 위해 드라이아이스와 물이 만나서 발생하는 연무를활용하였다. 1차 실험은 토네이도 구조물과 관련하여 다양한 변인들에 따라 발생하는 인공 토네이도의 차이를 분석하였고, 2차 실험은 보다 실제와 유사한 토네이도를 만들기 위해 다양한 구조물을 고안하였다. 실험결과는 상승기류의 풍속, 풍동의 높이, 구경 등 변인에 따라 발생한 인공 토네이도의 외형을 분석하였다.
낮은 속도의 상승기류 조건에서 토네이도 구조를 관찰할 수 있었고, 중간 속도의 상승기류 조건에서는 풍동의 높이와 지름이 큰 경우 잘 발생하였다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 다양한 변인들을 탐구할 수 있는토네이도 발생 장치 구조물을 제작하였다. 개발된 토네이도 발생 장치는 토네이도, 태풍 등 지구과학을 탐구 학습하는 많은 학생들에게 도움을 줄 수 있을 것이다.

참고문헌 (Reference)

• 1 우승진, "학습용 가습기 겸용 토네이도 발생장치"
• 2 황진연, "학문명백과: 자연과학"
• 3 박인규, "토네이도 형상의 액체흐름을발생하는 장치와 방법"
• 4 이준형, "토네이도 형상의 소용돌이를 갖는기포 발생장치"
• 5 경상북도과학교육원, "토네이도"
• 6 한국 브리태니커, "지구과학"
• 7 이정용, "장식용 토네이도 온풍기"
• 8 이효녕, "영재를 위한융합인재교육(STEAM)프로그램 중등기초" 한국교육개발원 2012
• 9 이정용, "불기둥 토네이도 난로"
• 10 김동희, "강력한 바람의 소용돌이, 토네이도"
• 11 Bhatt, U., "The Wonders of Physics" The University of Wisconsin – Madison 2007