[자연과학] 일반물리학 실험 - 투사체 운동

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 …(생략)

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