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 도달하는 거리의 값이 달라짐을 확인할 수가 있다. 그러므로 골프 공이나 포탄이 낙하하는 지점은, 대포의 포신이 지면과 이루는 각도나 공을 타격할 때 공이 날아가는 초기 각도를 조절해서 제어할 수 있다. 공기와의 마찰 등 중력 외의 외력을 고려하지 않을 때 지면과 45도의 각도를 이루도록 물체를 던지면 가장 멀리 날아간다는 사실이 수학적으로 증명되었다.
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
A. 초속도 측정
① 론처를 지면과 수평으로 맞추어 놓는다. 이때 론처 옆에 달린 각도기에 눈금이 0으로 맞추어진 것을 확인한다.
② 포토게이트 타이머를 gate 모드로 맞춘다.
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2014.01.20
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