도플러효과-면접자료

Q1) 박쥐가 내는 음파는 20kHz에서 200kHz 범위의 초고주파로 사람이 들을 수 있는 범위를 벗어난다. 박쥐가 가진 초음파에 대한 높은 분해 능력은 물체의 움직이는 속도 뿐 아니라 3차원적인 형상까지도 1mm미만의 오차로 분석할 수 있을 정도라고 한다. 박쥐는 두 가지 유형의 초음파를 낸다고 한다. 첫째는 ‘일주파수형’으로주파수(진동수)가 일정한 음파가 수십 밀리 초 동안 계속된다. 둘째는 '주파수 변조형'으로 주파수가 일정치 않은 음파가 몇 밀리 초 간격으로 짧게 반복하는 것이다. 박쥐가 초음파를 이용해 사물의 움직임을 인식하는 방법을 도플러 효과를 참조해 추론하시오.

Q2) 도플러 효과를 이용하면 물체의 움직임과 속도를 정밀하게 인식할 수 있다는 점에 착안해 도플러 효과를 응용한 발명품을 창의적으로 고안해 보시오.

 

 

전문가 클리닉
1) 도플러 효과를 이용하기 위해서는 일정한 주파수의 음파가 필요하며, 움직이는 물체에 반사해 돌아오는 반사파의 주파수와 원래 주파수의 변화를 측정함으로써 물체의 이동방향과 속도를 알 수 있습니다.
2) 스피드건, 혈류측정장치, 마이크로파센서 등 다양한 분야에서 활용되는 도플러 효과를 응용하는 방법을 창의적으로 고안해 보세요.

 

 

 

예시답안

1) 도플러 효과를 이용하기 위해서는 동일 주파수의 음파를 발생시켜야 한다. 움직이는 물체에 반사해 돌아오는 반사파의 주파수와 원래 주파수의 변화를 측정함으로써 물체의 이동방향과 속도를 알 수 있기 때문이다. 박쥐가 내는 ‘일주파수형’의 초음파는 주로 도플러 효과를 이용해 물체의 속도 그리고 어느 방향으로 이동하는지를 파악하는 데 사용할 것이다. ‘주파수 변조형’은 먹잇감인 곤충의 위치와 거리, 그리고 크기 등을 알아내는 데 효과적일 것으로 추측할 수 있다. 초음파를 발생시킨 시간과 반사해 돌아오는 시간을 계산하면 거리를 알 수 있다. 자기가 낸 특정 주파수의 음파가 돌아오는 것을 감지해야 하고 다른 주파수의 음파와 구별해야 한다. 따라서 주기적으로 다른 주파수의 음파를 발생시키는 이유다.

 

 

2) 도플러 효과를 이용해 자동으로 전등을 켜고 끄는 시스템을 개발하면 전기를 절약할 수 있다. 마이크로파나 초음파를 발생시켜 주변의 정보를 수집하는 도플러 센서를 만든다면 이 센서로 사람 및 사물의 미세한 움직임을 실시간으로 감지, 전등을 자동으로 On/Off하는 장치이다. 화장실, 건물의 계단 등 사람이 있을 때만 전등을 켜면 되는 장소에 도플러 센서를 달아 놓는다면 불필요한 전력 낭비를 막을 수 있다.

 

출처 : 과학동아