일반물리학실험 | 속력과 속도

 

 

 

TIP

 

 

물체의 위치와 변위, 속력과 속도, 평균 속도와 순간 속도, 가속도 등의 정의와 이들 사이의 관계를 알아본다.

 

 

 

실험 용어

1. 속력(speed) : 물체의 이동거리 s를 이동에 걸린 시간 t로 나눈 스칼라량

 

2. 속도 (velocity) : 물체의 변위 x를 시간 t로 나눈 것이며 백터량

 

3. 평균 속력 : 어떤 구간의 이동거리를 걸린 시간으로 나눈 것

 

4. 평균 속도 : 어떤 구간의 변위를 걸린 시간으로 나눈 것

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실험 방법

1. 속력과 속도

1) 트랙, 스마트 카트, 멈춤 장치(엔드 스톱)를 설치한다. 트랙의 한 쪽 끝(멈춤 장치가 없는 쪽)을 높이 조정 마운트 위에 올려놓아 약간 기울어진 경사면을 만든다.

 

2) Speed & Velocity Graphs 실험 파일을 연다. 스마트 카트의 전원을 켜고 블루투스를 통하여 소프트웨어에 무선 연결한다.

 

3) 카트를 트랙의 멈춤 장치가 있는 곳에 올려놓는다. 카트의 바퀴가 트랙의 홈에 정확하게 들어갔는지 확인 한다. 카트의 벨크로(Velcro)가 멈춤 장치를 향하도록 한다.

 

4) 데이터 수집을 시작한다. 카트가 트랙 위쪽으로 올라갔다가 다시 되돌아오도록 살찍 밀어준다. 멈춤 장치 를 넘어서지 않도록 주의한다. 카트가 트랙의 바닥 쪽에 도달하면 STOP을 눌러서 데이터 수집을 멈춘다.

 

5) 시간에 따른 이동 경로와 위치를 기록한 그래프의 기울기로부터 속력(speed)과 속도를 구분한다. 시간에 따른 위치의 변화가 속도이고, 시간에 따른 이동거리의 변화가 속력이다.

 

2. 평균 속력과 펑균 속도

1) 평균 속력과 평균 속도

① 트랙을 수준기를 이용하여 수평하게 조정한다. 카트를 좌우로 조금씩 움직여서 어느 한 방향으로 더 잘 움 직이는지 보고 양쪽으로 비슷하게 움직이도록 트랙의 발을 돌려서 높이를 조정한다.

② 바탕화면의 ‘속력과 속도’ 실험 파일을 연다. 스마트 카트의 전원을 켜고 블루투스를 통하여 캡스톤 소프트 웨어에 연결한다.

③ 캡스톤 소프트웨어의 ‘위치와 이동거리’ 페이지를 연다.

④ 소프트웨어의 RECORD를 눌러서 데이터 수집을 시작한다. 카트를 트랙의 중아에 놓고 수동으로 카트를 트 랙의 앞뒤로 트랙의 길이만큼 수차례 움직이며 기록한다. 기록을 마치려면 STOP을 누른다. 10초가 지나면 자 동으로 데이터 수집이 중지된다.

⑤ 기록된 그래프로부터 위치와 거리를 구분한다. 위치는 원점에서의 거리이므로 줄거나 늘어날 수 있지만, 이동거리는 움직인 모든 거리를 합친 것이므로 카트의 이동에 따라 계속 증가한다.

⑥ 그래프 도구를 이용하여, 표의 시간 열에 기입된 시간까지 카트가 움직인 거리(t=0 s로부터)와 위치를 구하고 거리와 위치 데이터를 표에 기록한다.

⑦ 표의 데이터를 이용하여, 시간 간격 열에 기입된 시간 간격 동안의 평균 속력과 평균 시간을 계 산하고 계산 결과를 표에 기록한다. 평균을 구하는 시간 간격을 달리하며 결과가 어떻게 달라지는지 관찰한다.

 

2) 순간 속도

① 실험 파일의 페이지 2에 있는 위치와 이동거리(평균속도와 평균속력) 그래프를 화면에 띄운다.

② 그래프 좌표 도구 및 기울기 도구를 이용하여, 표 3의 시간 열에 기입된 시간에서의 카트의 위치와 위치- 시간 그래프의 기울기를 구한다. 카트의 위치는 표 3의 위치열에, 그래프의 기울기는 순간 속도열에 기록한다.

 

3. 등속운동과 등가속도 운동

1) 등속운동

① 수준기를 이용하여 트랙을 수평하게 조정한다. 카터를 좌우로 조금씩 움직여서 어느 한방향으로 더 잘 움 직이는지 보고 양쪽으로 비슷하게 움직이도록 높이를 조정한다.

② 캡스톤 소프트웨어의 ‘등속운동’ 페이지를 연다. 스마트 카트의 전원을 켜고 블루투스를 이용하여 소프트웨 어에 무선 연결한다.

③ 실험 파일의 ‘등속운동’ 페이지에는 위치-시간 그래프, 속도-시간 그래프, 가속도-시간 그래프가 표시된 다.

④ 카트를 트랙의 왼쪽 끝에 놓고 데이터 수집을 시작한다. 수동으로 카트를 밀어 카트가 트랙의 오른쪽 끝을 향하여 일정한 속도로 매끄럽게 굴러가게 하고, 트랙의 오른쪽 끝에서 손으로 카트를 잡아 정지시킨다. STOP 을 눌러 정지시킨다. 정지시키지 않아도 5초 후에 자동으로 데이터 수집이 중지된다.

⑤ 위치-시간, 속도-시간, 가속도 시간 그래프를 관찰한다.

 

2) 양의 등가속 운동

① 트랙의 오른쪽 끝에 멈춤 장치를 부착하고, 트랙의 왼쪽 끝을 높이 조정 마운트 위에 올려둔다.

② 실험 파일의 페이지 1로 가서 위치-시간 그래프를 연다.

③ 경사진 트랙의 꼭대기에 카트를 놓고 정지 상태로 붙잡아 둔다. 카트의 벨크로가 왼쪽에 오도록 하고 RECORD를 눌러서 데이터 수집을 시작한다. 카트를 가만히 놓아 멈춤 장치를 향하여 가속 운동하게 만든다. 카트가 멈춤 장치에 부딪치기 전에 손으로 잡아 멈춘다.

④ 위치-시간, 속도-시간, 가속도 시간 그래프를 관찰하고 속도와 양의 가속도를 이해한다.

 

3) 음의 등가속 운동

① 양의 가속도는 시간에 따라 카트의 속도가 증가하게 하지만, 속도가 점점 감속하는 것을 실험해본다. 이전 과는 반대로 멈춤 장치를 트랙의 왼쪽 끝으로 옮기고, 트랙의 오른쪽 끝을 마운트 위에 올린다.

② 실험 파일의 ‘음의 등가속도 운동’ 페이지를 연다.

③ 경사진 트랙의 꼭대기에 카트를 놓고 정지 상태로 붙잡아 두고 앞과 같이 데이터 수집을 시작한다. 카트를 밀어 트랙의 위쪽으로 운동하도록 만든다. 몇 번 연습하여 트랙 끝을 넘어가지 않을 정도로 밀어준다. 카트가 트랙 아래쪽으로 되돌아오기 전에 카트를 손으로 잡는다.

④ 위치-시간, 속도-시간, 가속도 시간 그래프를 관찰하고 속도와 음의 가속도를 이해한다.

 

 

 

[일반물리학실험]속력과 속도 레포트