본문/내용
<포물체의 운동>
●실험목적
물체가 각도를 가지고 발사된 경우의 운동을 살펴보고, 이 물체의 운동이 각도에 따라 변화를 보이는지 관찰한 다음 중력을 받아 포물선 운동을 하는 포사체의 운동을 이해한다.
●이론
*포물체운동
물체가 포물선 운동을 한다는 것은 수평과 수직 방향으로 운동속도가 존재하며 수평방향으로는 힘을 받지 않아 등속도 운동을 하고, 수직방향으로 중력가속도를 받아 등가속도 운동을 한다. 그리고 대부분 포물선 운동은 비스듬히 물체를 위로 던지는데 수평방향과 이루는 각만큼 기울어져서 초속도에 수평방향으로는 의 속도이고, 수직방향으로는 시간t마다 중력가속도가 존재하므로 의 속도를 가지게 되어 속도가 점점 줄어들다가 마침내 방향이 바뀌어 아래로 떨어지게 된다. 이 과정에서도 계속 속도는 - 방향으로 증가한다. 그리고 위의 식을 바탕으로 를 얻을 수 있다. 이것이 물체의 수직속도가 0이 되는 지점, 즉 물체가 최대로 높이 떠오른 지점이 된다. 그리고 이것을 2배하면 물체의 수평도달시간 나온다. 가 된다. 그리고 시작점 y=0에서 수직방향의 위치는 이므로 이 식에 를 대입하면 최고도달 높이를 얻는다. 마지막으로 최고도달 거리 x는 수평방향의 속도×수평도달시간을 하면 되므로 를 알 수 있다.
●실험장치 및 기구
1.론처, 구슬, 추
2.포토게이트 타이머 플레이트
3.포토게이트 타이머
4.기타(먹지, 종이, 버니어 캘리퍼스, 미터자)
●실험방법
(1)초속도 측정
1.Launcher를 바닥과 수평으로 맞추고, 각도를 로 맞춘다.(저의 조에서는 각도를 로 맞추었습니다.)
2.포토게이트 타이머를 gate 모드로 맞추고, 구슬의 지름을 버니어 캘리퍼스로 측정한다.
3.Launcher에 구슬을 넣고 발사하여 구슬이 포토게이…
(2)수평 이동거리 측정
5.각도를 씩 올려가면서 위의 실험을 3회 반복한다.
6.초기속도 를 이용하여 이론값 t와 수평 이동거리x를 계산하고 이것을 실제 측정된 t값과 수평 이동거리x와 비교하여 오차와 최고도달 높이y를 구한다.
7.10
8.40
52
7.10
5.93
1.62
3.85
3.68
2.62
8.40
1.10
최고도달 높이 (m)
0.048
0.102
0.168
0.239
0.306
0.360
C. 최대 수평 이동거리와 발사각 측정
각도
42
43
44
45
46
47
도달 거리
(㎝)
84.5
85
84
83.5
85
82.5
최대도달
각도 (°)
43, 46
최대도달거리 (㎝)
85
6.분석및 토의
초속도를 측정하는 실험에서는 3회 반복하여 실험을 실시하였을 때 거의 시간 변화가 없어서 초속도가 정확하게 측정되었다고 생각된다. 그리고 초속도를 바탕으로 수평 이동거리를 측정해보니 40°에서 가장 큰 이론값과 평균값이 나왔는데 오차는 약간 높아 어디에서 이상이 있는가? 따져보니 각도를 조절하는데서 1°정도의 오차가 있었던 것으로 판단된다. 이론상으로는 45°에서 가장 수평 도달거리가 가장 크지만 저희조의 측정결과는 약간의 1~2°가 적거나 큰 각도에서 가장 컸다. 그 이유를 생각해보니 Launcher를 발사하면서 공기와 같은 외부의 요인가 작용했을 가능성도 있고, 바닥과 수평이 정확이 이루어졌는가하는 실험준비상의 오류가 존재했을 것이라고 생각되고, 구슬을 Launcher에 넣을 때 몇 단으로 넣느냐 도 실험결과에 영향을 미치게 되고, Launcher에서 플레이트까지 거리를 측정하는 과정에서 정확하게 측정이 안 되었을 가능성도 존재한다. 그래서 이론이 중요하긴 하지만 정확한 조건하에서 실험이나 관찰이 이루어져야 한다는 것을 알았고 두 번째 실험을 마치고 나서 첫 번째 실험 보다는 실험결과가 비슷하게 나와서 실험 조건을 잘 맞춘 것 같다.