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[자연과학] 일반물리학 실험 - 투사체 운동

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1. 실험 제목 : 투사체 운동

2. 실험 목표

◎2개의 포토게이트를 써서 공의 속도를 측정한다.
◎2차원 운동의 개념을 써서 투사체의 충돌 지점을 예측한다.
◎몇 번의 속도 측정 결과의 차이에 따른 충돌예상 지점을 계산한다.

3. 실험 기구

기본 설정 : 컴퓨터, Labpro(인터페이스), LoggerPro(프로그램)
센서 : 포토 게이트(photo gate)
기타 기구 : 경사판, 쇠구슬, 1m자, 테이프, 스텐드, 모눈 종이, 먹지

4. 실험방법

1. 경사판을 책상에 고정시켜 공이 경사판을 굴러, 책상의 끝에서 떨어질 수 있도록 그림과 같이 장치하시오.
2. 포토게이트를 수평 책상 위의 공의 운동경로에 위치시키시오( 경사판에 놓지 마시오) 공이 포토 게이트의 중앙을 통과하도록 하고, 포토게이트 1을 LabPro의 DIG/SONIC 1 단자에 포토게이트 2를 LabPro의 DIG/SONIC 2 단자에 연결하시오. 포토게이트가 갑자기 움직이지 않도록 포토게이트 지지대를 고정시킨다.
3. 경사판의 출발점을 표시해서 여러분들이 동일한 지점에서 반복해서 실험할 수 있도록 하시오. 공을 경사판에서 굴려 각각의 포토게이트를 통과하게 한 후 책상을 벗어났을 때 잡아 떨어지지 않도록 한다 ( 떨어져도 상관은 없다) 공의 수평 속도를 측정하는 동안에는 공이 바닥에 부딪치지 않도록 한다. 공이 포토게이트와 부딪히지 않도록 위치를 조절한다.
4. Physics with computer 폴더 안의 08 Projectile motion 파일을 연다. 표와 그래프 2개가 보일 것이다. 하나의 그래프는 각각의 시도에서 공이 포토게이트를 지나는 데 필요한 시간을, 다른 그래프는 각각의 시도에서 물체의 속도를 나타낸다.

5. LoggerPro가 공의 속도를 계산할 수 있도록 반드시 두 포토 게이트 사잉의 거리 를 입력해야 한다. 프로그램에서 포토게이트 사이의 거리를 두 포토게이트를 지난 시간으로 나누어 속도를 계산한다. 포토게이트 1의 빔과 포토게이트 2의 빔 사이의 거리를 잰다. 낙하 지점을 정확히 재기 위해서 정확한 측정값을 입력해야 한다. setup 메뉴의 Data collection을 클릭한 후, sampling tab을 선택하여 거리를 입력한다. Distance between Gates의 숫자를 미터 단위로 입력하고, [OK] 단추를 누른다.

6. [collect] 단추를 눌러 손을 포토게이트 사이에서 움직여 포토게이트가 제대로 동작하는 지를 확인한다. LoggerPro는 손이 포토게이트를 지날 때마다 매번 시간 간격을 그려줄 것이다. 시험한 데이터를 지우고 데이터 수집을 준비하려면 [stop] 단추를 누르고 [collect] 단추를 다시 누른다.

7. 공을 경사면의 표시된 지점-출발점에서 포토게이트 사이로 굴린 후 공이 책상을 벗어나는 순간 재빨리 붙잡는다. 평균적인 값과 계속해서 같은 값이 나오는지 여부를 확인하기 위해서 9번을 더 반복하되 공이 포토게이트에 충돌하지 않도록 하면서 같은 경로로 굴러가도록한다. 그렇지 않으면 여러분들의 데이터는 정확한지 않을 것이다. 마지막 시도에서는 [stop] 단추를 눌러서 데이터의 측정을 마친다. 데이터 표에 측정 결과를 기록한다.

8. 속도 측정 결과를 조사해 보라. 매번 시도에서 동일한 값이 나왔는가 시간 대 속도의 그래프에서부터 평균속도, 최대속도, 최저속도를 결정해 보라. 10번의 시도를 대표할 수 있는 값은 무엇인가

9. 책상의 바닥에서부터 높이를 정확히 측정하여 표의 책상 높이에 기록한다. 자를 써서 바닥에 책상 끝의 바로 밑 지점을 표시한다. 이 지점을 테이프로 표시하라. 이 지점이 바닥의 원점이다.

10. 평균속도 값으로 공이 바닥에 떨어지는 지점을 계산해 보시오. 충돌 예상 지점에 모눈종이의 중심이 오도록 하고 모눈종이의 거리를 원점에서부터 재시오. 떨어지는 점을 예상하는데 등가속도의 운동 방정식을 이용하면 될 것이다. (아래)

먼저 수직방향으로 초기속도()는 얼마인가 수평방향의


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Regist : 2015-01-27
Update : 2017-03-23
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