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청소년/교육

신봉고 김정현 군, 용인이 낳은 '에디슨'



김정현(신봉고 2) 군이 제39회 전국학생과학발명품경진대회와 제63회 전국과학전람회에서 각각 특상을 수상해 환경부장관상과 산업통상자원부장관상을 받았다. 김 군은 예선 격인 용인시대회와 경기도 대회에서도 고등부 1등에 해당하는 특상을 연달아 수상해 세 번 연속 특상의 영예를 안았다.


우선 김 군이 수상한 과학발명품은 재활용품을 이용해서 제작한 공명 진동수 탐구용 실험장치. 이는 소리의 공명 진동수를 계측할 수 있는 값 싸고 사용하기 쉬운 소리 계측장치로, 이 장치는 스마트폰 무료 앱을 이용해서 계측된 데이터를 쉽게 분석할 수 있다. 이를 활용할 경우 학교수업에서 소리 공명과 화음에 대한 관심을 유도하고 과학적 탐구 능력을 갖게 할 수 있다.


일반인들도 전문 지식 없이 이 장치를 이용해서 소리의 공명과 악기의 화음에 대한 조사를 할 수 있기 때문에 악기 제작자들에게 환영받을 수 있을 것으로 보인다. 악기 제작자의 경우 악기의 공명 진동수에 대해 관심이 많지만 기존 계측장치가 비싸고 계측 방법이 어려워서 포기하는 경우가 많았다. 특히 수중에서도 소리 압력 계측이 가능한 장점이 있다.


이와 함께 과학전람회 수상작은 범종 울림통의 공명 원리를 이용한 새로운 구조의 스피커 개발이다. 김군은 한국 범종 울림통의 공명 원리를 연구해서 공명 주파수 이론식을 개발, 성덕대왕신종의 소리를 잘 울려낼 수 있는 새로운 개념의 스피커 울림통 구조를 개발하는 데 성공했다.


“19세기에 독일 과학자 헬몰쯔가 헬몰쯔 공명기를 고안했습니다. 이 연구를 통해 음향학은 과학으로 발전하게 됐습니다. 그런데 우리 선조들은 이미 8세기 중엽에 성덕대왕신종을 만들었습니다. 종소리를 더욱 크게 울릴 수 있도록 신종의 울림통을 설계했습니다.” 1100년의 시간차를 두고 동일한 원리로 소리를 증폭하는 장치를 신라인과 독일인이 만들었던 것이다.


김 군은 범종 울림통의 독창적이고 과학적인 우수성을 검증한 것은 물론 새로운 구조의 성능이 우수한 스피커를 개발했다.


김 군은 범종 울림통의 실제 단면 모양을 이용해서 공명 주파수를 계산, 정확한 공명 주파수 값을 얻었다. 헬몰쯔 공명기와 범종 울림통의 연결 구조를 설계해 성덕대왕신종의 소리를 더 잘 울릴 수 있는 새로운 구조의 스피커를 만들어냈다. 실제로 현재 판매중인 대형스피커와 소리 방출 성능을 비교한 결과 김군의 스피커가 2~4배 정도 큰 소리를 360도 전방위로 고르게 전달하는 우수한 성능을 보였다.


김 군은 한국형 스피커를 제작해 세계로 수출할 수 있을 것으로 전망하고 있다. 이를 통해 우리 전통문화유산에 숨어있는 전통 기술의 우수성도 세계에 알릴 수 있을 것으로 기대하고 있다. 특히 김 군의 스피커는 음색 조정이 가능해 음악 마니아들이 듣고자 하는 노래의 음색 특징에 따라서 원하는 음색으로 소리를 들을 수 있는 장점이 있다.


김 군은 어려서부터 과학에 관심이 커 중학교 때도 풍력 발전기를 발명 했다. 지난해에는 수력발전기를 제작, 대학에서도 수력발전기는 계속 연구하고 싶어 한다.


한편 김 군의 지도교사인 박현래 수리과학부장은 이번 김 군을 지도한 학생작품지도논문연구대회에서 부총리겸 교육부장관상인 과학발명품 부문 우수상(2등급)과 전람회부문 특상(1등급)을 각각 수상해 스승과 제자가 겹경사의 영광을 누렸다.