포물체의 운동 실험

포물체의 운동 실험

1) 실 험 목 적

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) 실 험 이 론

중력을 받으며 운동하는 포사체의 운동을 공기의 마찰을 무시하면 수평방향으로는 등속 운동을 하고 수직방향으로는 등가속도 운동을 한다. 수평방향에 대해 만큼 기울어진 각도로 의 초속도로 발사된 물체의 수평 방향 속도는 이고, 수직방향의 속도는 이다. 여기에서 는 중력가속도, 는 발사 후 경과한 시간이다.
출발점 을 기준으로 할 때 수직방향의 위치는 이다. 포사체가 최고 높이 에 이르는 순간 에는 수직방향의 속도가 0이 되므로 , 이다. 따라서 최고 도달 높이 는 다음과 같다.
수평방향의 최고도달 거리 에 도달하기 위하여걸린 시간은 포사체가 최고점에 올라 갔다가 다시 에 도달한 시간이므로, 시간 이다. 따라서 최고도달 거리 는 다음과 같다.
초기속도 를 실험적으로 결정하려면 탁자 위에서 발사총(론처)을 수평으로 두고 공을 쏘아 바닥에 떨어뜨린다. 이때 공의 수평 이동거리는 이고, 수직 이동거리 에서 이므로 두값을 재면 초속도가 로 결정된다.

3) 실 험 방 법

1. 실험장치 및 기구

1. 론처(launcher), 구슬, 추

2. 포토타이머 플레이트(phototimer plate)

3. 포토게이트 타이머

4. 기타(먹지, 종이, 버니어 캘리퍼스, 미터자)

2. 실험방법
A. 초속도 측정

① 론처를 지면과 수평으로 맞추어 놓는다. 이때 론처 옆에 달린 각도기 에 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 초속 도를 구한다.

…

① 론처를 지면과 20°로 맞추어 놓는다.

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

③ 포토타이머를 pulse에 모드에 놓고 론처를 발사한다.

④ 포물체가 론처부터 플레이트까지 날아간 거리와 이때 걸린 시간을

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 결과와 이용하여 수평 이동거리가 가장 큰 두 각도를 찾는 다.

② 론처를 그 두각도 사이에 임의의 각도에 맞추어 놓고 포물체를 발사 한다.

③ 포물체가 론처부터 플레이트까지 날아간 거리를 측정하여 기록한다.

④ 각도를 조금씩 변화시켜가면서 위의 실험을 반복하여 최대 수평 이동 거리가 생기는 각도를 찾는다.(1°간격으로 수평 이동거리를 측정한다.)

5.53m/s