[자연과학] 물리학및 실험 과목 - 포물체의 운동

1. 실험 목적

물체가 각도를 가지고 발사된 경우의 운동을 살펴보고 이 물체의 운동이 각도에 따라 어떤 변화를 보이는지 관찰한 다음 중력을 받아 포물선 운동을 하는 포사체의 운동을 이해한다.

2. 이론

A.포물체 운동이란
일정한 크기와 방향을 가지는 힘이 작용하는 공간에서 물체가 힘의 방향과 일정 각도를 이루어 던져졌을 때 그 이동 경로가 포물선을 그리는 운동이다.
지표면에서 지면과 일정한 각도를 이루어 던져진 물체는 지면에 수직인 방향으로만 일정한 크기를 가지는 중력의 영향을 받는다. 수평 방향으로는 등속도 운동을 하며 수직 방향으로는 등가속도 직선 운동을 하게 된다. 이렇게 모든 지점에서의 힘의 크기와 방향이 같은 공간에서 물체가 힘의 방향과 일정 각도를 이루어 던져질 때 이 물체는 결과적으로 포물선을 그리게 되며 이 때 물체가 그리는 궤적을 포물선 운동이라고 칭한다.
B.물체가 던져질 때 지면과 이루는 각도와 지면 방향으로의 물체의 도달 거리와 상관 관계아래 그림에서 보듯이 물체가 던져질 때 지면과 이루는 각도에 따라, 다시 지면에 떨어졌을 때 x 축 방향으로 물체가 도달…(생략)

3. 실험 장치 및 기구

① 론처(launcher), 구슬, 추

② 포토타이머 플레이트(phototimer plate)

③ 포토게이트 타이머

④ 기타(먹지, 종이, 버니어 캘리퍼스, 미터자)

4. 실험 방법

① 론처를 지면과 수평으로 맞추어 놓는다. 이때 론처 옆에 달린 각도기에 눈금이 0으로 맞추어진 것을 확인한다.

② 포토게이트 타이머를 gate 모드로 맞춘다.

③ 포물체를 발사하여 포물체가 포토게이트를 지나는 데 걸린 시간 t를 측정한다.

④ 3번 반복하여 평균 t값을 구한 후 포물체의 지름 R을 측정하여 초속도를 구한다.

① 론처를 지면과 20 로 맞추어 놓는다.

② 포토게이트를 론처에 하나를 설치하고, 충격을 가하면 작동을 하는 포토타이머 플레이트를 떨어질 위치에 놓는다.

③ 포토타이머를 pulse 모드에 놓고 론처를 발사한다.

④ 포물체가 론처로부터 플레이트까지 날아간 거리와 이때 걸린 시간을 기록하고 이 과정을 3회 반복 실험한다.

⑤ 이제 각도를 10 씩 올려가면서 위의 실험을 반복한다.

⑥ 초기속도 를 이용하여 이론값 t와 수평 이동거리를 계산하여 이것을 실제 측정된 t값과 수평 이동거리와 비교하여 본다.

① 실험 B의 결과를 이용하여 수평 이동거리가 가장 큰 두 각도를 찾는다.

② 론처를 그 두 각도 사이에 임의의 각도에 맞추어 놓고 포물체를 발사한다.

③ 포물체가 론처부터 플레이트까지 날아간 거리를 측정하여 기록한다.

④ 각도를 조금씩 변화시켜가면서 위의 실험을 반복하여 최대 수평 이동거리가 생기는 각도를 찾는다.

5. 실험결과