[일반물리실험1] 2. 낙하운동

소개글

[일반물리실험1] 2. 낙하운동에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 과정
3. 실험 결과
4. 조별 토론

본문내용

높이가 2가 되면, 공이 바닥에 닿을 때까지 걸리는 시간 가 가 될 것이다. 그 러므로 도 가 될 것이다. 높이가 일 때는 거리가 이므로 거리가 2 가 되면 배가 된다.
4) 속력 와 높이 가 주어지면 를 구할 수 있는 식을 만들어보라.
→ =이고, =이므로 =라는 식을 구할 수 있다.
(2) 위의 그림과 같이 높이 인 테이블 모서리에 photo-gate를 설치하여 초기속력을 츨정할 수 있도록 한다. 여러 차례 공을 던져서, 그 때마다 속력 와 수평 거리 를 측정한다. 결과를 가지고 아래의 그래프를 그린다. ( 축이 속력, 축이 수평거리 )
→ 저희 조는 바닥에 흰색 A4용지 위에 먹지를 겹쳐놓고 쇠구슬을 무작위로 굴려서 떨어뜨렸습니다. photogate의 바로 밑에서부터 A4용지에 먹이 묻은 부분까지의 거리를 재는 방법으로 실험을 진행했습니다. 또한, photogate의 gate 모드를 사용하여 쇠구슬을 무작위로 던져, 쇠구슬의 지름 0.01m을 쇠구슬이 photogate의 센서를 통과한 시간으로 나누어 순간 속력을 구했습니다.
수평거리(m)
센서 통과 시간 (s)
순간 속력
(m/s)
0.216
0.0133
0.7519
0.293
0.0220
0.4545
0.241
0.0043
2.3256
0.235
0.0082
1.2195
0.201
0.0148
0.6757
0.246
0.0075
1.3334
0.202
0.0156
0.6410
0.230
0.0084
1.1905
0.211
0.0157
0.6369
(3) (1)에서 구한 식과 (2)에서 얻은 그래프를 비교해보라. 서로 일치하는가?
=이므로, 수평 거리와 초기 속력은 비례해야 하는데 2, 3, 5차 시도를 제외하고는 정확하지는 않지만 꽤 비례한 값을 나타내고 있다. 구슬이 photogate를 지나갈 때 좌우로 움직이거나 테이블에 있는 요철이나 흠집 때문에 속력 측정에 오차가 생긴 것 같다. 또한, 공이 3차원적으로 낙하했기 때문에 공의 수평 거리 방향을 정확하게 측정하지 못했던 것 같다.
(4) 옆 친구가 이렇게 말한다. “공의 속력을 따로 잴 필요 없이, 높이 와 수평거리 만 알면 공의 속력 를 알 수 있겠네!” 당신은 무엇이라고 대답하겠는가?
→ =이므로, 높이와 수평 거리만 알면 공의 속력을 구할 수 있다. 그러나, 공기의 저항이나 공이 굴러갈 때 받는 마찰의 영향이 없어야 한다. 또한, 공이 정확히 2차원적인 공간에서 날아가야 할 것이다.
(5) 선택문제 : 초기속력 로 공을 수평방향으로 던졌다고 하자. 만일 0.1초의 시간 간격으로 공의 위치 를 측정한다고 하면 어떤 궤적을 그릴지 계산해서 아래 그래프로 나타내보라.
공의 초기위치를 (0, 0)로 두면
→ , →
시간(s)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
수평위치 (m)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
수직위치
(m)
0
-0.049
-0.196
-0.441
-0.784
-1.225
-1.764
3. 실험 결과
photogate의 gate 모드와 pulse 모드 두 가지를 모두 이용해 시간차와 순간 속력을 구하는 방법을 새롭게 알게 되었습니다. 또한, 직접 쇠구슬을 낙하시켜보고 photogate로 측정한 값을 이용해 공식에 대입해보는 실험을 통해, 원하는 결과 값을 도출해내기 위해 공식을 변형하고 설계하는 연습을 할 수 있었습니다. 결과적으로, photogate로 측정한 시간차와 속도 변화량을 이용해 중력가속도 9.8라는 결과를 도출해내지는 못했지만, 실험을 통해 , , = 등 다양한 공식을 이용하여 낙하하는 공의 속도 변화에 대해서 이해할 수 있었습니다.
4. 조별 토론
수직으로 낙하하는 공에 대한 실험을 할 때, photogate에서 공을 낙하시키는 과정에서 낙하 높이의 오차범위를 최소화시키면서도 쉽고 빠르게 낙하시킬 수 있을지 많은 고민을 했습니다. 조원들과 토론한 결과, 비슷한 크기의 두 볼펜을 photogate위에 놓고 볼펜 위에서 쇠구슬을 고정시킨 뒤 떨어뜨리는 방법을 채택했습니다. 중간중간에 photogate 센서가 공을 잘 인식하지 못해서 어려움을 겪었습니다. 한 가지 아쉬운 점은, gate를 모드를 이용하여 순간 속력을 구했다는 것입니다. 어떻게 하면 더 정확한 순간속력을 구할 수 있을지 고민한 끝에 결정한 방법인데, (1)과 (2)의 측정값이 연결되지 않아 가속도 값의 오차범위가 크게 나와 당황했습니다. 다음 실험에는 실험 전에 더 좋은 실험 방법을 찾고 고민해보아야겠다는 다짐을 했습니다.

키워드

일반물리실험,   낙하 운동