Brilliant Idea

물질의 상태변화에 대한 이야기

Matter and Atoms (물질과 원자) 

Matter(물질)는 우리가 보고, 느끼고, 냄새맞고 만질수 있는 모든 것들을 말해. 다른 말로, 물질은 질량을 가진, 공간을 채우는 것들 ( 공기와 거의 모든 것들을 포함하는 ) 을 말하지. 

가장 작은 단위의 물질을 Atom (원자)라고 불러. 만약 철의 한 조각을 엄청나게 많은 조각으로 자른다면 원자라고 불리우는 철의 값을 가진 가장 작은 조각을 얻을 수 있을꺼야. 

Matter (물질) : 공간을 채우는 질량을 가진 것

Atom (원자) : 물질의 가장 작은 단위 

Atom은 그리스어에서 온 단어로, 의미는 더이상 "나눌수 없는" 이라는 의미야. 

Atomic Models (원자 모델) (모델이란 우리가 볼수 없는 것들을 대표하는 방법이야) 

원자들은 더 작은 부분들로 만들어져 있어. 

Protons (양성자) - 양 전하를 띈 입자

Neutrons (중성자) - 전기적으로 전하가 없는 중성입자

Electrons (전자) - 음 전하를 띈 입자로 질량이 거의 없다. 

Protons (양성자) 과 Neutrons (중성자)는 원자의 Nucleus (핵) 을 이루고, 서로 붙어서 원자의 가운데에 자리잡아. 이 핵은 양 전하를 띠고 있지. Electrons (전자) 는 핵의 주변궤도를 돌아 그렇지만 엄청나게 빠른 속도로 돌고 있어서 정확한 위치를 잡아내기 어렵지. 

Nucleus (핵) - 원자의 중심에 위치해서 중성자와 양성자로 이루어져 있다. 

최근의 원자 모델은 개별 전자의 모습보단 전자 구름으로 보여져. 궤도를 도는 전자를 찾을 가능성이 가장 높은 곳을 보여주는거야. 구름의 밀도가 높은 영역은 더 높은 확률을 보여주는거지. 

원자 모델의 간략한 역사이야기

John Dalton(존 달튼)은 Element (원소)가 파괴 할 수없는 Atom (원자)로 구성되어 있다고 제안한 최초의 과학자였어. 그는 우리가 볼 수 없을 정도로 작은 입자가 있다고 생각했지. 그는이 입자들을 원자라고 불렀고, 물질에 대한 그의 이론은 Atomic Theory of Matter (물질의 원자 이론)으로 알려졌어.

Joseph John (J.J) Thomson (조셉 존 톰슨)경은 원자에서 음전하를 띤 입자(Electrons (전자))의 존재를 발견하고, 오트밀-건포도 쿠키에있는 건포도와 같은 양전하를 띠는 입자로 박혀있는 모습을 그렸어.

Ernest Rutherford (어니스트 러더 포드)는 각각의 원자가 작고 무거운 양전하를 띤 중심을 가지고 있다는 것을 알아 냈지. 그리고, 전자가 대부분 빈 공간에서 핵을 공전하고 있다는 것을 알아 냈어. 그는 핵 양성자부분(Nucleus protons)을 양의 입자(Positive particles)라 불렀어.

러더 포드의 학생 인 James Chadwick (제임스 채드윅 경)은 핵의 중심에 전하를 띄지 않는 부분이 있다고 제안했고, 이를 중성자(Neutron)라 불렀어. 

John Dalton (존 달튼) - 물질의 원자이론	Joseph John Thomson (조셉 존 톰슨) - 전자의 발견	Ernest Rutherford (어니스트 러더 포드) - 양전하 중심발견	James Chadwick (제임스 체드윅) - 중성자 제안

Physical and Chemical properties and changes (물리적 화학적 특성 및 변화) 

우리가 보고, 느끼고, 냄새 맞고, 맛을 보는 이러한 방법들을 우리는 물리적 특성이라고 해. 이러한 특징으로 물질을 분류하면 쉽게 물질을 분류할 수 있어. 물질을 구별하는 데 사용되는 몇 가지 일반적인 물리적 특성을 알려줄께. 

 물리적 변화는 물리적 특성 즉 크기, 모양, 혹은 상태 (고체, 액체, 혹은 기체 ) 와 같은 물질의 특성이 변화하는 걸 말해. 물리적 변화가 있었다고 해도 그것은 여전히 같은 물질이야. 예를 들어 물을 가열하거나 차갑게 해서 얼음, 눈, 혹은 수증기로 변화시킬 수 있어. 얼음, 수증기 그리고 물은 모두 같은 물질이야. 단지 다른 상태를 하고 있는거지. 

Chemical properties (화학정 특성)은 어떤 물질이 다른 화학적 변화를 겪을 수 있다는 것을 설명해. 

화학적 변화의 예>

Flammability (인화성) (불이 붙는 정도) 

Reactivity (반응성) (무엇이 산소, 물, 빛 등에 반응하는 정도)  

이러한 화학적 성질이 변하면, 물질은 화학적 변화를 통과하게 돼. 철문의 녹이나, 통나무를 태우고 재를 생성하는 것은 화학적 변화의 예라고 할 수 있어. 화학적 변화에는 다음이 포함될 수 있어:

색의 변화 - 이것은 얇게 썬 사과를 놔두면 갈색으로 변하는 것

에너지의 변화 - 화학 물질이 반응하여 밝은 빛과 열의 형태로 에너지를 방출하는 것

냄새의 변화

기체 또는 고체의 형성 : 식초와 베이킹 소다 등 두 가지 물질을 더하면 거품이 자주 보이지. 기포 또는 가스 형성은 성분이 화학적 변화를 겪었다는 신호야.

화학적 변화는 종종 물리적 변화보다 되 돌리는 것이 훨씬 더 어렵워. 재를 다시 통나무로 되돌리려는 시도를 한번 상상해봐. 

합성 물질은 자연에서 발생하지 않는 물질이지만 화학적 변화를 겪는 천연 자원으로 만들어진다. 예를 들어 폴리 에스터는 공기, 물, 석탄 및 석유로 만든 합성 섬유이다. 산과 알코올은 화학 반응을 일으켜 폴리 에스터 섬유를 생성하는 데 사용된다. 

Conservation of Mass (질량의 보존) 

상태나 구성성분이 물리적인 혹은 화학적 변화를 겪어서 변하는 동안, 존재하는 물질의 양은 항상 일관되게 유지돼. 이개념을 질량 보존이라고 불러. 질량은 사라지지 않아 - 여전히 존재하지만 다른 상태로 존재하는거지. 원자가 다른 물질의 형태로 재배치되는 거야. 

Reactant (반응물): 물리적 혹은 화학 반응으로 변화된 물질

Product (생성물) : 물리 혹은 화학 반응의 결과물 

Reactant (반응물)는 Product (생성물) 와 같은 질량을 가진다. 

에너지의 변화

States of Matter (물질의 상태) 

물질은 대개 세가지의 상태- 고체, 액체, 기체상태 -를 가져. 입자들의 행동과 배열이 물질의 상태를 결정해. 입자 사이의 인력은 입자를 서로 가깝게 유지하고, 이동 에너지는 입자가 이러한 인력을 극복 할 수 있도록 해. 

얼음, 나무, 철과 같은 고체는 형태와 크기를 가진 물질이야. 입자들은 서로 가깝게 모여있고 자유롭게 움직일 수 없어 그래서 그 모양과 부피가 한정될 수 있는거야. 여전히 입자들은 앞뒤로 진동할수 있어 그렇지만 입자들간의 인력을 넘을만큼 큰 힘을 가지진 못해. 

액체는 자유롭게 떠다니고 그것을 담고 있는 컨테이너의 형태로 추측할 수 있어. 액체는 부피가 정해져. 액체의 입자들은 인력을 극복할 수 있을 만큼 빨라. 액체 입자들이 자유롭게 움직이지만, 그들은 여전히 함께야. 입자들의 빠르기는 Viscosity (점도)에 따라 달라져. Viscosity는 흐름에 대한 저항을 말해. 

기체 (혹은 가스) 는 부피나 모양이 정해져 있지 않아. 그 형태와 부피는 그것을 담고있는 컨테이너에 좌우되지, 그리고 액체와는 달리, 이 것은 어떤 컨테이너이던 꽉 채워져 있어. 기체의 분자는 매우 멀리 떨어져 퍼져 고속으로 움직인단다.  기체 분자는 너무 빨리 움직여 입자 사이의 인력을 극복 할 수있어 분자가 스스로 분리 될 수 있어. 풍선에서 공기중으로 가스를 흘리면 공기 중에 고르게 분산되지. 

물질의 상태변화

Phase changes (위상 변화) 

상태는 절대적이지 않아. 압력과 온도에 따라 물질은 변하지 - 이러한 것들을 Phase change (위상의 변화)라고 해 

Melting 은 물질이 고체로 부터 액체로 변하는 것을 말해. 이 용해점은 고체가 녹는 온도야. 열로 인해 고체안의 입자들의 움직임이 증가하면서 액체로 변하는 거야. 입자들이 열로 에너지를 얻으면 그들은 자신의 위치에 더이상 있지 않고 움직이게 되는거야. 

100도 이상에서 물은 기체가 되고, 0도 에서 100 도 사이에서 액체상태로 존재해. 0도 이하로 내려가면 물은 고체가 되지. 

Freezing 은 물질이 액체에서 고체로 변하는 것을 말해. 액체를 차갑게 하면 입자들은 점점 움직임이 둔해지고, 어떤 점에서 입자들의 움직임이 인력을 이겨내지 못해, 그리고 액체는 고체가 되는거야. 액체가 어는 온도를 빙점 (어는 점) 이라고 해. 

Vaporization (기화) 는 액체가 기체로 변화하는 것을 말해 땀이 사라지고 말라버렸을때, 이것은 기화되었거나 증발Evaporation(Evaporation) 되었다고 하지. 증발은 표면에서 천천히 발생해 (개개의 분자가 공기중으로 튀어나가는 거야) 물이 끓을때 액체가 기체로 변하는 온도에 도달했음을 의미해. 열은 입자들을 빠르게 움직이게 만들지. 입자들이 인력을 극복할만큼 빨리 움직이면 액체는 기체로 바뀐단다.

Condensation (응축)은 기체가 액체로 변화하는 걸 말해. 네가 엄청 차가운 음료를 들고 있을때, 컵 주변의 공기는 응축되고 작은 물방울로 컵의 주변에 방울을 맺히게 되지. 수증기가 공기중에서 차가워지면 에너지를 잃고, 그 입자들은 느려지기 시작해. 입자들이 충분히 느려지면 입자간의 인력은 수증기의 분자들을 연결해서 액체의 형태로 만들어. 

때로, 극한의 조건에서 고체가 바로 기체가 되는 경우가 있어 이런 현상을 Sublimation (승화)라고 해. 드라이 아이스를 예를 들어볼께. 이산화 탄소 얼음은 이산화 탄소 증기로 바로 승화된단다. 증기는 때로 고체로 바로 바뀌기도 해 이런 현상을 Deposition (증착)이라고 해. 밤새 잔디에 서리가 증착되는 것 처럼 말야. 

과학 실험에 대한 이야기 (Scientific experiments)

Designing a Scientific Experiment 

실험을 디자인 하기위한 시작을 알아볼까?

1. 네가 궁금한것에 대해 관찰해보자. (Observe)

2. 네 자신의 실험 계획을 세우기 위해 기존의 실험을 바꿔보자. (Alter)

3. 네가 같은 결과를 갖는다면 과거의 실험들을 반복하자. (Repeat)

실험은 단계별로 상세한 절차(Procedure) 와 실험을 시행하기 위해 필요한 재료의 목록이 필요해. 어떤 과학자는 그가 어디에 있던 네 절차에 기본해 실험을 되풀이 할 수 있어야 해. 이것은 다른 과학자들에게 네 결과를 평가할 수 있게 해준다.  넌 한번이상의 실험을 실행함으로써 통제된 실험을 할 수 있어 : 처음엔 어떠한 요소도 바꾸지 않고 시행하고, 두번째는 네가 관찰하고 싶은 요소만을 바꿔서 통제된 실험을 하는거야. 통제 된 실험에서 일치하는 요인을 상수라고하며 실험 결과에 영향을주지 않아. 변수(Variable)는 실험결과를 변경하는 요인을 말해. - 통제된 실험을 통해 변수의 영향을 테스트 할수 있어. 하나의 요인만을 테스트하기 위해 실험의 다른 모든 요인은 일정하게 유지돼. 이렇게 하면 관찰한 변경 사항이 변경한 하나의 변수에 의해 발생하거든. 

Procedure (절차): 실험을 시행할수 있는 방법의 단계별 리스트 

Control (제어): 모든 변수가 일정하게 유지되는 시행을 제어한다. 제어는 실험 비교 기준으로 사용된다.

Constants (상수) : 동일하게 유지되는 실험의 모든 변수는 상수이다. 

변수마다 역할이 달라.

Independent variable (독립변수) : 독립변수는 실험에서 의도적으로 변경하는 변수이다.

Dependent variable (종속변수) : 종속변수는 실험결과인 독립변수의 영향을 받는 변수이다. 

예) Goldfish Experiment (금붕어 실험) 

매 2주마다 선생님은 금붕어를 사야했어. 그 전 금붕어가 죽었거든. 그 교실에서는 금붕어는 알맞은 음식을 먹지 않는다는 가설을 세웠었어. 이 요소를 실험하기 위해 모든 다른 변수들 (물고기의 종류, 물탱크 사이즈, 수질, 물의 온도, 먹이의 종류 그리고 위치)을 상수로써 모두 똑같이 하고 실험을 했지. 

상수 (Constants) : 물고기의 종류, 물탱크 크기, 수질, 수온, 먹이, 위치

이 실험에서 독립변수는 얼마나 자주 물고기에게 먹이를 주는지였고, 종속변수는 2주후의 물고기의 건강이었다. 

Collecting data (자료수집) 

좋은 데이타는 상세하고 특별하다. 양적 묘사나 측정에 대한 데이타는 매우 도움이 된다. 좋은 데이타는 또한 정확하다. 관찰과 측정은 주의깊게 해야한다. 정확성을 유지하기위해 실험 후가 아닌 실험을 하는 동안 관찰을 하고 기록하는 것이 필요하다. 이러한 신뢰할 수 있는 데이타 없이는 결과값은 의미가 없다. 

Analyzing and Presenting data (데이타 분석 및 제시) 

다음은 데이터를 구성하고 표시하는 몇 가지 일반적인 방법이야 . 

테이블은 행과 열로 데이터를 표시해. 숫자가 나란히 있기 때문에 표를 빠르게 읽을 수 있고 숫자를 쉽게 비교할 수 있지. 그래서, 실험 중 데이터를 기록하는 가장 좋은 방법은 표라고 할 수 있어. 테이블에서 데이타를 수집했을 때, 이 자료들을 그래프로 만들어 더욱 보기 좋게 만들 수 있어. 

Line graph(선 그래프)는 두 변수사이의 관계를 보여줘 - 하나는 X 축 (수평선)에, 다른 하나는 Y 축 (수직선)에 그려져. 각 축의 눈금은 측정의 역수를 보여줘. 스케일은 2, 4, 6, 8 .. 또는 5, 10, 15, 20 ... - 하지만, 2,5,7,15는 아니야. 

선 그래프는 한 변수가 다른 변수에 어떻게 영향을 미치는지, 즉 독립 변수로 인해 종속 변수가 어떻게 변하는 지 보여줘. 독립 변수는 X 축에 있고 종속 변수는 Y 축에 있어. 선 그래프는 식물의 성장 또는 경주 용 자동차의 가속과 같이 시간에 따른 지속적인 변화를 보여주는 실험에 가장 적합해. Scatter plot(산포도)는 두 데이터 세트 간의 관계를 보여주는 선 그래프 유형이야. 산포도는 데이터를 Ordered pairs (정렬 된 쌍)으로 그래프로 표시돼. (단순히 숫자 쌍이지만 함께 나타나는 순서가 중요하지).

예) 수학 평가 후, 선생님은 학생들에게 몇시간씩 공부했는지를 물었고, 그녀는 그 답을 성적과 함께 기록했어.

타미의 데이타를 보여주기 위해 우리는 x 축의 값은 4.5, y축의 값은 90인 지점에 점을 찍었어.

산포도에 데이터를 그래프로 표시함으로써 선생님과 그녀의 학생들은 공부 한 시간과 시험 점수 사이에 관계가 있는지 확인할 수 있지. 공부하는 시간이 늘어날수록 점수도 올라가는게 보이지? 이건 시험 점수와 공부 사이에 관계가 있음을 보여주는거야. 

우린 공부한 시간의 숫자와 시험점수사이의 관계를 대충 묘사하는 그래프의 라인을 그릴 수 있어. 이 선을 가장 알맞은 선이라고 불러 왜냐면 두 변수간의 관계를 가장 잘 설명하기 때문이야. 가장 잘 맞는 선에 놓여진 점들은 없어, 하지만 괜찮아. 이 그래프의 모든 점들의 관계를 가장 잘 설명하는 선이 이 선이니까. 

Bar graphs (바 그래프)는 다른 높이의 직사각형으로 데이타를 표현하는 거야. 각각의 직사각형은 다른 변수를 대표해. 좋아하는 아이스크림 맛 이나 좋아하는 애완동물의 종류같은 것들 말야. 직사가형의 높이가 높을수록 그 숫자가 크다는 걸 의미하지. 

Circle graphs (원그래프)는 Pie charts(파이 챠트)라고도 불리는데, 이 그래프는 마치 파이를 잘라놓은것 처럼 생겼다고 생각하면 돼. 

그래프는 독자가 데이터를 해석 할 수 있도록 눈금 및 단위와 같은 제목과 레이블을 지정해야 해. 

Drawing Conclusions (결과의 도출)

너의 가설을 지지해줄 결과를 얻었니? 만약 아니라면, 너의 가설을 어떻게 바꿔야 할까? 때로 결과들은 직접적으로 나타나지 않아 그래서 넌 네가 직접적으로 밝혀내지 못한 것에 대한 결과를 도출하기 위해 관찰이나 사실들을 사용하거나, 아니면 결과도출을 추론해야 할 꺼야. 

예를 들어, 만약 네가 티라노 사우루스 렉스는 무엇을 먹었는지를 알고 싶다면, 너는 티렉스 화석 근처에서 발견된 화석화된 배설물의 종류를 관찰해야 할거야. 만약 잘게 부숴진 뼈들을 본다면, 넌 티렉스는 작은 동물이나 작은 공룡들을 먹었다고 추론할 수 있지. 추론이 필요할때, 배경자료를 보고 추가 조사를 하는 것은 도움이 될거야. 

결과는 실험과 발견의 비평적인 장소가 된다. 측정이나 다른 어떤 것에 오류가 있었을까? 절차는 제대로 따라 했을까? 장비는 얼마나 완벽했을까? 실험의 오류가 없다고 하더라도, 결과는 항상 같지 않다. 상수는 완변하게 잡고 있기 어렵다. 원하지 않는 변수들이 너의 결과에 작용할거야. 발견이 정확하다는 걸 확실히 하기 위해, 여러번의 실험을 실행하는 것이 좋다. 

예 ) Plant Fertilizer Expermient (식물의 비료 실험) 

Bob은 식물 비료의 효과를 조사하고 싶었어. 밥은 세개의 식물을 샀고, 1번 식물에는 매일 아침 비료를 주었고, 2번 식물에는 일주일에 한번 비료를 주었어. 식물 3에는 비료를 주지 않았지. 

밥은 매일 아침 세개의 식물에 물을 주었고 같은 창문가에 두었어. 그래서 식물들은 같은 햇볕을 쐴수 있었지. (상수 - 햇볕과 물) 밥은 각 식물의 높이를 일주일에 한번씩 쟀어 그리고 그 데이타 를 테이블에 적었어. 데이타를 분석하기 위해 밥은 각 식물의 높이와 시간에 대한 결과를 그래프로 그랬어. 

데이타와 그래프의 자료를 통해 밥은 식물의 비료는 식물의 성장속도에 관계가 있다는 결과를 도출해 낼 수 있었어. 매일 비료를 준 식물 1이 한번도 비료를 주지 않은 식물 3에 비해 4배 빠른 속도로 자랐음을 알 수 있었어. 또한 일주일에 한번 비료를 준 식물 2보다 식물 1이 더 빨리 자랐고, 이 결과는 매일 비료를 주는 것이 더욱 빠르게 자란다는 결과를 도출해 냈지. 

The Engineering Design process 

Engineering : 실제 문제를 해결하기 위해 기계 및 구조의 설계, 구축 및 사용을 연구하는 과학 분야

공학은 문제를 해결하는 새로운 제품을 발명하기 위해 기계 및 구조의 설계, 구축 및 사용을 연구하는 과학 분야란다. 과학자로서 질문을 조사하기 위한 과학적 문의를 사용하는것 처럼, 엔지니어들은 발견, 디자인 그리고 혁신을 통해 문제를 해결하기 위해 엔지니어링 디자인 프로세스를 사용한다. 예를 들어, 엔지니어들은 현재 태양 에너지를 수집하여 도로를 비추는 데 사용할 수있는 포장 도로를 개발하고 있어. 이 혁신은 잠재적으로 여러 문제를 해결할 수 있지. 더 안전한 야간 운전을 위해 도로를 비추는 데 도움이 될 수 있고, 재생 가능 에너지를 사용하여 이를 수행해 도로 조명 비용을 절감해. 그러나 이와 같은 솔루션을 얻기 위해 엔지니어는 일반적으로 특정 경로를 따라. 

The major branches of engineering are;

Mechanical (기계): 기계 동력 및 기계 시스템, 기계 및 도구 설계를 다룸; 힘과 운동 연구

Chemical (화학): 원료 및 화학 물질과 함께 작동; 새로운 재료 및 프로세스 발견

Civil (토목): 건물, 도로, 교량, 댐 등의 설계 및 건설이 포함

Electrical (전기): 전기는 전기와 컴퓨터 칩과 같은 전기 시스템의 설계를 연구한다.

그리고 더 많은 유형의 엔지니어링이 있다. 컴퓨터, 항공 우주, 생물 의학, 자동차, 제조, 지질학 등

과학적 탐구가 질문에 신중하게 답하는 특정 단계가있는 것처럼, 엔지니어링 설계 프로세스에는 엔지니어링 프로젝트를 안내하는 데 도움이되는 시스템이 있어. 예를 들어 해양 학자들은 심해저를 탐험하고 배우기를 원할 수 있지만, 다이버들은 깊고 빠르게 움직이는 해류에서 이동하는 데 어려움을 겪지. 엔지니어는 문제에 대한 배경 조사를 수행하고 설계를 시작하는 데 필요한 모든 설계 사양(요구 사항)을 결정하고 자신의 설계에 영향을 미칠 수있는 제약 사항 (제한 사항)을 식별해. 예를 들어, 엔지니어는 해양학자가 해저에서 어떤 종류의 정보를 찾고 있는지 조사 할 수 있어. 일부 Design specs (디자인 사양)에는 다이버가 얼마나 깊은 곳으로 가야하고 해류가 얼마나 빨리 움직이는지가 포함될 수 있어. 엔지니어는 또한 솔루션에 사용할 수있는 비용과 수중에서 사용할 수있는 재료와 같은 제약 조건에 대해서도 알아보지.

Design specs(디자인 사양) : 엔지니어가 반드시 그의 디자인에 넣어야 하는 요구조건들 

Constraints (제약) : 제한 혹은 제약 (물리적, 사회적 혹은 재정적)

문제가 식별되고 필요한 모든 정보가 수집 된 후 다음 단계는 가능한 솔루션을 제안하는 거야. 과학적 탐구에서는 가설을 공식화하지만 공학에서는 설계 진술을 설정해. 이것은 특정 문제를 해결하는 것이 의미하는 바를 정의하지. 엔지니어는 최상의 옵션을 선택하기 위해 많은 아이디어를 브레인 스토밍하고 각 솔루션을 평가하거든. 예를 들어, 심해저 탐사 문제를 해결하고자 하는 엔지니어는 다이버가 착용 할 수있는 모터나 빠르게 움직이는 해류에 대항하여 정보를 전송하는 수중 로봇을 생각 해낼 수 있어. 그들은 어떤 접근 방식이 가장 효과적일지 묻지. 왜?

넌 어떻게 최고의 해결책을 선택하니? 디자이너는 어떤 것이 가장 좋은 선택인지를 결정할때 이러한 보편적인 디자인 기준에 대해 자주 생각하곤 한다. : Robustness (견고함) (Strenth(힘)), Cost (비용) , Aesthetics (미학) (Looks(외모)), Resources (자원), Time skill required (필요한 시간 기술), safety (안전) , elegance (우아함)

그런 다음 엔지니어는 종이의 첫 번째 초안 (Prototype) 과 같은 솔루션의 프로토 타입을 설계하고 만들어. 이는 결국 솔루션이 무엇인지에 대한 대략적인 아이디어야. 엔지니어는 기술 도면과 크런치 번호를 만들어 성능에 따라 쉽게 조정할 수있는 간단한 프로토 타입을 만들어. 엔지니어는 게처럼 보이고 행동하는 수중 로봇이 다이버의 문제에 대한 최선의 해결책이 될 수 있다고 결정할 수 있어. 6개의 다리로 스스로를 안정시키고 카메라와 수중음파 탐지기 장비를 휴대하여 정보를 수면으로 되돌릴 수 있어. 

Prototype (초안) : 쉽게 조정할 수있는 예비 모델

설계가 완료되면 엔지니어는 도면을 청사진으로 사용하여 간단한 프로토 타입을 구성해.

넌 많은 다른 방식으로 디자인을 할 수 있어 - 드로잉, 컴퓨터 모델, 스토리 보드 등등. 넌 많은 다른 재료들을 가지고 프로토 타입을 만들수도 있어 - 스크랩 우드, 토이 블럭, 포스터 보드 또는 메탈, 플라스틱 또는 3D 프린터로 프린트한 것들 같은것들 말야. 

다음으로 프로토 타입이 실제 세계에서 어떻게 유지되는지 테스트 할 시간이지. 엔지니어는 제품을 여러 번 테스트하여 다양한 조건에서 어떻게 작동하는지 확인해. 제품이 문제를 얼마나 잘 해결하는지에 대한 데이터를 수집하고, 제대로 작동하지 않으면 새로운 솔루션을 브레인 스토밍하거나 프로토 타입을 재설계해. 종종 그들은 디자인이 요구 사항이나 기대를 충족하지 못하는 방식을 해결하지. 실제 세계에서 프로토 타입을 테스트 한 결과 디자인을 개선하고 프로토 타입을 조정하거나 새 프로토 타입을 만드는 방법을 찾아. 단계를 여러 번 반복하고 매번 개선 한 후 작동하는 솔루션을 찾지. 

예상했던 대로 진행되지 않는다고 실험이 실패가 아닌것 처럼, 실제세상에서 제대로 작동하지 않는 프로토 타입은 새로운 발견과 생각을 리드할 수 있어. 작동하지 않는다는 것을 아는 것은 작동하는 것을 알아내는 가장 중요한 부분이야. 

마지막으로 엔지니어는 최종 제품을 만들어. 논문의 최종 초안과 마찬가지로 엔지니어는 설계가 완벽해질 때까지 수정해. 그런 다음 최종 디자인 재료를 사용하여 최종 제품을 만들어 대중에게 공개해. (그리고 자신의 발명품을 판매 할 수도 있지.)

Engineering Design Process (엔지니어링 설계 프로세스)

1. Define the problem (문제를 정의한다.)

2. Do background research (배경조사를 수행한다.)

3. Determine design specs and constraints. (설계 사양 및 제약사항을 결정한다.)

4. Create a design statement : Brainstorm ideas, evaluate possible solutions, and choose what will, hopefully be the best option. (4. 디자인 성명서 작성 : 아이디어를 브레인 스토밍하고 가능한 솔루션을 평가하고 최선의 선택이 될 것을 선택한다.)

5. Design a prototype. (5. 프로토 타입을 디자인한다.)

6. Construct a prototype. (6. 프로토 타입을 만든다.)

7. Test the prototype. (7. 프로토 타입을 테스트한다. )

8. Evaluate it: Does it solve the problem well? (8. 평가 : 문제를 잘 해결하나?)

9A. Yes? Construct a final product and present to the public. (9A. 예? 최종 제품을 만들어 대중에게 선보임)

9B. No? Go back to No. 4. (9B. 아니? 4번으로 돌아감.)

<출처: Everything you need to ace Science in one big fat notebook>