스톱워치

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1. 개요
2. 종류
- 2.1. 기계식 스톱워치
  - 2.1.1. 십진 분 스톱워치
- 2.2. 디지털 스톱워치
  - 2.2.1. 디지털 손목시계 스톱워치
  - 2.2.2. 스마트폰 애플리케이션 스톱워치
3. 원리
- 3.1. 기계식 스톱워치
- 3.2. 디지털 스톱워치
4. 스포츠 경기 계측
- 4.1. 자동 계측 시스템
5. 스톱워치 사용 시 오차
- 5.1. 인간의 반응 시간
- 5.2. 오차 감소 방법
  - 5.2.1. 불확도 전파 공식
6. 단위
참조

1. 개요

스톱워치는 시간을 측정하는 데 사용되는 도구이다. 1776년 스위스에서 처음 제작되었으며, 기계식과 디지털 방식으로 나뉜다. 기계식 스톱워치는 문자반과 바늘을 사용하며, 디지털 스톱워치는 숫자 표시를 통해 시간을 나타낸다. 스톱워치는 스포츠 경기 계측, 과학 실험 등 다양한 분야에서 활용되며, 인간의 반응 시간으로 인해 오차가 발생할 수 있어 불확도 전파의 법칙을 사용하여 오차를 줄인다. 스톱워치는 분, 초, 100분의 1초 등의 단위를 사용하며, 십진 분 스톱워치도 존재한다.

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스톱워치
개요
종류	휴대용 시계
용도	시간 측정
역사
초기 스톱워치	수동식 (기계식)
디지털 스톱워치 등장	전자 기술 발전과 함께 등장

2. 종류

스톱워치는 크게 기계식과 디지털 방식으로 나뉜다. 기계식 스톱워치는 회중시계와 비슷한 외형을 가지고 있으며, 디지털 스톱워치는 전자 기술을 활용하여 숫자로 시간을 표시한다.

2. 1. 기계식 스톱워치

기계식 스톱워치는 문자반과 바늘을 갖추고 있으며, 회중시계와 비슷한 형태이다. 긴 바늘은 초침, 짧은 바늘은 분침이며, 문자반에는 경과 시간이 표시되어 있다. 측정 단위는 1/5초와 1/10초 타입이 있으며, 1/10초 타입은 긴 바늘이 30초에 한 바퀴 돈다. 용두를 눌러 시계 바늘을 시작, 정지, 리셋하며, 적산식은 리셋 버튼이 독립되어 있어 일시 정지 상태에서 다시 측정을 계속할 수 있다. 랩 타임을 측정할 수 있는 긴 바늘이 2개인 것도 있다.

2. 1. 1. 십진 분 스톱워치

1776년에 스위스에서 스톱워치의 원형이 제작되었다.^[6]

원본 소스에는 '십진 분 스톱워치'에 대한 내용이 없으므로, 해당 섹션에는 이 정보 외에 추가할 내용이 없다.

2. 2. 디지털 스톱워치

전자 기술의 발전에 따라 디지털 시계가 등장하면서, 스톱워치에도 숫자를 표시하는 방식이 많이 사용되고 있다.

2. 2. 1. 디지털 손목시계 스톱워치

2. 2. 2. 스마트폰 애플리케이션 스톱워치

3. 원리

스톱워치는 크게 기계식과 디지털 방식으로 나뉜다.

기계식 스톱워치는 일반적인 시계와 마찬가지로 문자반과 바늘을 갖추고 있으며, 회중시계와 비슷한 형태이다. 긴 바늘은 초침, 짧은 바늘은 분침이며 문자반에는 시각이 아닌 경과 시간이 표시되어 있다. 측정 단위에는 1/5초와 1/10초 타입이 있으며, 1/10초 타입은 긴 바늘이 30초에 한 바퀴 돈다. 용두를 눌러 시계 바늘을 시작, 정지, 리셋하며, 적산식(積算式)은 리셋 버튼이 독립되어 있어 일시 정지 상태에서 다시 측정을 계속할 수 있다. 긴 바늘을 2개 가지고 랩 타임을 측정할 수 있는 것도 있다.^[6]

전자 기술의 발달과 함께 디지털 시계가 등장하면서, 디지털 스톱워치는 문자반에 숫자로 시간을 표시한다.

3. 1. 기계식 스톱워치

기계식 스톱워치는 일반적인 시계와 마찬가지로 문자반과 바늘을 갖추고 있으며, 회중시계와 비슷한 형태를 하고 있다. 긴 바늘은 초침, 짧은 바늘은 분침이며 문자반에는 시각이 아닌 경과 시간이 표시되어 있다. 측정 단위에는 1/5초와 1/10초 타입이 있으며, 1/10초 타입은 긴 바늘이 30초에 한 바퀴 돈다. 용두를 눌러 시계 바늘을 시작, 정지시켜 경과 시간을 기록하며, 누를 때마다 시작, 정지, 리셋이 된다. 적산식(積算式)의 경우 리셋 버튼이 독립되어 있어 일시 정지 상태에서 다시 측정을 계속할 수 있다. 긴 바늘을 2개 가지고 랩 타임을 측정할 수 있는 것도 존재한다.^[6]

3. 2. 디지털 스톱워치

전자 기술의 진보에 따라 디지털 시계가 등장한 이후에는 문자반도 숫자로 표시되는 경우가 많다.

4. 스포츠 경기 계측

현대 스포츠 경기 대회 등에서는 사람이 직접 시간을 측정하면 오차가 발생할 수 있기 때문에, 전기 계측 시스템을 사용한다.

4. 1. 자동 계측 시스템

현대 스포츠 경기 대회에서는 사람의 눈으로 시간을 재는 데 오차가 발생할 수 있기 때문에, 전기 계측(자동 계측) 시스템을 사용하고 있다. 자동 계측 시스템에는 다음과 같은 방법들이 사용된다.

계측 대상(선수, 탈것)에 발신기(칩)를 부착하여, 게이트 통과 시각 및 경과 시간을 기록한다.
출발 신호를 권총 등의 신호와 연동시킨다.
선수가 결승선에 들어오는 것을 광학적, 물리적으로 감지하여 시간을 기록한다.

5. 스톱워치 사용 시 오차

스톱워치는 더 높은 정확도를 위해 개발되었지만, 사람이 스톱워치를 사용할 때 발생하는 반응 시간에 의한 오차는 피할 수 없다.^[8]

현대 스포츠 경기 대회 등에서는 인간의 육안에 의한 상황 파악에 따른 조작으로는 오차가 발생하는 문제가 있어, 전기 계시 방법이 채용되고 있다.

5. 1. 인간의 반응 시간

일반적으로 인간은 시각적 자극을 감지하고 발견하기까지 대략 180~200 밀리초 소요된다.^[8] 그러므로 스톱워치 측정 오류는 대부분 이러한 인간의 반응 시간 때문에 발생한다.

더 정확한 결과를 얻기 위해 대부분의 연구원들은 실험 내 오류를 줄이고자 불확도 전파의 법칙을 사용한다.^[9]

:

\sigma_Q = \sqrt{\sigma_a^2 + \sigma_b^2}

$\sigma_Q$ 는 $\sigma_a^2$ 와 $\sigma_b^2$ 사이의 불확실성의 합이다.
$\sigma_a$ 는 실험으로부터 실제로 발견된 값이다.
$\sigma_b$ 는 불확실성 값이다.

예를 들어 창의 너비를 측정한 결과가 1.50 ± 0.05 m라면 1.50는

\sigma_a

가 되고 0.05는

\sigma_b

가 된다.

현대 스포츠 경기 대회 등에서는 인간의 육안에 의한 상황 파악에 따른 조작으로는 오차가 발생하는 문제가 있어, 사람의 손을 거치지 않는 전기 계시 방법이 채용되고 있다. 예를 들어 다음과 같은 방법을 채용하고 있다.

계측 대상(경기자, 탈것)에 발신기(칩)를 내장하여, 게이트를 통과한 시각, 경과 시간을 기록한다.
스타트를 권총 등의 신호에 연동시킨다.
경기자가 골인한 것을 광학적, 물리적으로 감지하여 시간을 기록한다.

5. 2. 오차 감소 방법

스톱워치는 더 높은 정확도를 위해 개발되었지만, 사람이 스톱워치를 사용할 때마다 실수를 하는 경향이 있다. 일반적으로 사람은 시각적 자극을 감지하고 발견하기까지 대략 180~200 밀리초가 걸린다.^[8] 이러한 이유로 측정 오류가 발생한다.

현대 스포츠 경기 대회 등에서는 인간의 육안으로 상황을 파악하여 조작하면 오차가 발생하는 문제가 있어, 전기 계시(사람의 손을 거치지 않는 방법)가 채용되고 있다. 예를 들어 다음과 같은 방법을 채용하고 있다.

계측 대상(경기자, 탈것)에 발신기(칩)를 내장하여, 게이트를 통과한 시각, 경과 시간을 기록한다.
스타트를 권총 등의 신호에 연동시킨다.
경기자가 골인한 것을 광학적, 물리적으로 감지하여 시간을 기록한다.

5. 2. 1. 불확도 전파 공식

스톱워치는 더 높은 정확도를 위해 개발되었지만, 인간은 스톱워치를 사용할 때마다 실수를 하는 경향이 있다. 일반적으로 인간은 시각적 자극을 감지하고 인지하기까지 대략 180~200 밀리초가 소요된다.^[8] 따라서 측정 오류는 대부분 이러한 이유로 발생한다.

더 정확한 결과를 얻기 위해 대부분의 연구자들은 실험 내 오류를 줄이고자 불확도 전파의 법칙을 사용한다.^[9]

:

\sigma_Q = \sqrt{\sigma_a^2 + \sigma_b^2}

$\sigma_Q$ 는 $\sigma_a^2$ 와 $\sigma_b^2$ 사이의 불확실성의 합이다.
$\sigma_a$ 는 실험에서 실제로 발견된 값이다.
$\sigma_b$ 는 불확실성 값이다.

예를 들어, 창의 너비를 측정한 결과가 1.50 ± 0.05 m라면, 1.50은

\sigma_a

가 되고 0.05는

\sigma_b

가 된다.

6. 단위

대부분의 과학 실험에서 연구자들은 일반적으로 실험에 국제 단위계 (SI) 단위를 사용한다. 스톱워치의 경우, 스톱워치를 관찰할 때 일반적으로 사용되는 시간 단위는 분, 초, 그리고 '100분의 1초'이다.^[5]

많은 기계식 스톱워치는 '십진 분' 유형이다. 이들은 1분을 각각 0.6초인 100개의 단위로 나눈다. 이는 일반적인 초를 사용하는 것보다 시간의 덧셈과 뺄셈을 더 쉽게 만든다.

참조

_[1] 웹사이트 The History of the Digital Watch https://h2g2.com/edi[...] 2017-10-28
_[2] 논문 A comparative study of visual and auditory reaction times on the basis of gender and physical activity levels of medical first-year students 1991
_[3] 웹사이트 Reliability and Accuracy of Handheld Stopwatches Compared With Electronic Timing in Measuring Sprint Performance https://www.research[...] 2017-10-28
_[4] 웹사이트 A Summary of Error Propagation http://ipl.physics.h[...] a collage 2017-10-10
_[5] 논문 Stopwatch and Timer Calibrations (2009 edition) http://tf.nist.gov/g[...] 2009-01
_[6] 웹사이트 時計の歴史 https://www.jcwa.or.[...] 日本時計協会 2019-12-10
_[7] 웹인용 The History of the Digital Watch https://h2g2.com/edi[...] 2017-10-28
_[8] 저널 A comparative study of visual and auditory reaction times on the basis of gender and physical activity levels of medical first year students 1991
_[9] 웹인용 A Summary of Error Propagation http://ipl.physics.h[...] a collage 2017-10-10

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