미분은 생각보다 많은 분야에서 활용되는데요. 미분의 원리가 과속 단속 카메라에도 이용되는 사실을 알고 계셨나요? 과속 단속 카메라의 종류와 원리에 대해 알아보겠습니다.
과속 단속 카메라
네덜란드의 자동차 경주선수 '마우리츠 하초니더스'가 자신의 차가 코너를 도는 동안의 속도를 측정하기 위해 개발한 카메라 장치가 과속 단속 카메라의 시초가 되었습니다.
우리가 현재 이용하는 대표적인 과속 단속 카메라는 세 가지 종류가 있으며 새로운 원리의 과속 단속 카메라가 계속하여 개발되고 있습니다.
1. 고정식 단속 카메라
현재 가장 많이 쓰이고 있는 방식이며 차량의 속도를 측정하여 과속 여부를 판단합니다. 대부분 카메라가 속도를 측정한다고 생각하지만 카메라는 번호판만 찍을 뿐, 속도는 바닥에 묻혀있는 센서를 통해 측정합니다.
원리는 다음과 같습니다.
도로 바닥에는 두 개의 센서가 설치되어 있는데 차량이 이를 밟고 지나갈 때 통과 시간을 측정합니다. 그러면 이동 거리와 시간을 알고 있으므로 속도를 계산할 수 있지요.
이 속도가 기준 이상인 경우 카메라가 작동합니다.
고정식 단속 카메라는 시간에 따른 차량의 위치 변화를 측정하는데 시간 변화가 작으므로 순간속도에 매우 근사한 값을 측정한다고 볼 수 있습니다.
2. 구간단속 카메라
고정식 단속 카메라의 단점은 평상시에는 과속을 하다가 카메라 앞에서만 속도를 줄인다는 것인데요.
이를 방지하기 위한 방법이 바로 구간단속 카메라입니다.
구간단속 카메라는 순간속도를 측정하는 것이 아닌 구간 내의 평균 속도를 측정합니다. 즉, 구간의 시작과 끝 지점의 통과 시간을 기준으로 평균속도를 계산하여 과속 여부를 판정합니다.
평균값 정리
평균값 정리: 미분가능한 함수의 두 지점 사이의 평균 변화율과 같은 순간변화율을 갖는 지점이 구간 내에 한 곳 이상 존재한다.
따라서 평균속도가 기준을 넘는다면 구간 내에서 과속을 한 지점이 적어도 한 곳 이상 있다는 의미입니다.
3. 이동식 단속 카메라
이동식 단속 카메라는 도로 바닥에 감지기를 설치하지 않습니다.
다가오는 차량을 향해 레이저나 초음파를 발사한 후, 반사되어 돌아오는 주파수의 변화를 측정하기 때문에 카메라를 이동하면서 어디서나 측정할 수 있습니다.
여기에서는 미분의 원리가 쓰이진 않고 변화된 주파수의 차이로 속도를 측정합니다. 야구장에서 쓰이는 스피드건의 원리와 같죠.
도플러 효과
도플러 효과: 전자기파를 방출하는 물체가 관측자 기준으로 가까워지거나 멀어질 때 관측자가 측정하는 파장이 달라지는 현상
소리나 빛과 같은 파동은 파원과 관찰자의 상대 속도에 따라 파장이 바뀌는데요. 구급차가 멀리서 다가올 때는 사이렌 소리가 고음으로 들리고, 멀어질 때는 저음으로 들리는 것이 도플러 효과의 예시입니다.
이는 빛에서도 나타나며 광원이 다가오면 파장이 짧아지고, 멀어지면 파장이 길어집니다.
이동식 단속카메라는 이러한 파장의 변화로 속도를 측정하는 것이지요.
이번 포스팅에서는 세 가지 과속방지 카메라의 원리를 알아보았습니다.
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