[물리] 포물선운동 결과보고서

(1) 실험 제목

포물체의 운동

(2) 실험 목적

물체가 지표면에 대해 기울어진 방향으로 발사된 경우의 운동을 살펴보고, 이 물체의 운동이 발사각도에 따라 어떤 변화를 보이는지 관찰함으로써 중력에 의한 포물선운동 을 이해한다.

(3) 관련이론

일정한 크기의 힘으로 물체를 비스듬히 던졌을 때 물체는 공기저항을 무시하면 수직방향으로 중력을 받아 등가속도 운동을 하고 수평방향으로는 등속도 운동을한다. 이때 물체는 포물선의 궤적을 그리며 운동을 진행하고 이 운동을 포물체 운동이라고 한다. 수직방향과 수평방향의 속도를 각각 식으로 표현하면 Vocosθ,Vo-gt 이고 높이 h는 Vot- 로 표현할수 있다. 포사체가 최고높이 y에 이르는 순간에 수직방향의 속도가 0이 되므로 Vo-gt〓0, t〓 이고 이를 h에 대입하면 최고도달 높이 y는 다음과 같다.
수평방향의 최고도달 거리 x에 도달하기 위해 걸린 시간은 포사체가 최고점에 올라갓다가 다시 초기 높이에 도달한 시간이므로, 이다. 따라서 최고도달 거리 x는 다음과 같다.
이때 물체는 그림과 같이 던져지는 각도에 따라 최고도달 거리가 달라지는데, 공기저하잉 없을 경우 각도가 45°일 때 최대값을 가진다.

(4) 실험 방법

-초속도 측정

1) 발사대를 지면과 수평하도록 맞추어 놓는다. 이때 발사대 옆에 달린 각도기의 눈 금이 0으로 맞추어진 것을 확인한다.

2) 두 포토게이트를 발사대 앞에 나란히 놓고 타이머를 pulse 모드로 맞춘다.

3) 구슬을 발사하여 구슬이 두 포토게이트 사이를 지나는 데 걸린 시간 t를 두 타이 머의 시간 차이로부터 측정한다.

4) 구슬 발사를 5번 반복하여 시간 t의 평균값을 구한 후 두 포토게이트 사이의 거리 (포토게이트의 머리 부분 사이의 거리) L을 측정하여 구슬의 발사 초기속도를 구한 다.

…

5) 각도를 10°씩 올려가면서 과정 2~4의 실험을 반복한다.

A. 초속도 측정

B. 수평 이동거리 측정