실험 목적 : 평균 속도는 운동하는 물체를 기술하는 데 유용하다. 만약에 500km를 여행하는데, 시간당 평균 50km로 달린다면 얼마나 긴 여행이 되는지 쉽게 짐작할 수 있다. 반면에, 교통경찰은 시속 50km인 평균 속력에는 관심이 없고, 속도 측정기를 이용하여 측정 순간에 자동차가 얼마나 빨리 달리는지를 조사하여 티켓 발부 여부를 결정한다. 그래서 경찰은 차의 평균 속도보다는 순간 속도와의 관계를 조사한다. 본 실험에서는 평균 속도부터 어떻게 순간 속도를 유추하는가를 알아본다.
실험 이론 :
[평균 속도]
물체의 속도는 위치의 시간에 대한 변화율로 정의된다. 물리학에서는 속도 와 속력 이라는 용어를 구별해서 사용한다. 어떤 물체가 얼마나 빨리 그리고 어느 방향으로 움직이고 있는 가를 나타내기 위해서 속도라는 용어를 사용한다. 그러므로 속도는 빠른 정도를 나타내는 크기와 방향을 가진 벡터양이다. 그리고 속력은 속도의 크기만을 나타내는 스칼라양이다. 평균 속도는 물체가 실제로 움직인 전체 거리가 아니라 변위를 이용하여 표시하게 되는데, 변위라고 k는 것은 어떤 물체의 위치 변화를 의미한다.
그림 1에서와 같이 점 P에서 Q로 x축을 따라 운동하는 물체를 고려하자. 점 P의 위치는 시간 t_i에서 x_i이고, 점 Q는 시간 t_f에서 x_f라 할 때, 시간 간격 ∆t=t_f-t_i동안 물체의 변위는 ∆x=x_f-x_i이다. 물체의 평균속도 v ̅는 변위∆x와 시간 간격 ∆t의 비로 정의되므로,
v ̅=∆x/∆t=(x_f-x_i)/(t_f-t_i )
이다. 이와 같은 정의에 의하여 속도의 국제 단위(SI 단위)는 m/s임을 알 수 있다. 평균 속도는 기하학적으로 그림 1에서 점 P와 Q를 연결한 직선의 기울기에 해당한다.
[순간 속도]
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2015.01.27
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