일반물리학실험 | 번지점프에서의 가속도

 

 

 

TIP

 

 

1. 가속도 센서를 써서 점프를 시작한 후 번지점퍼의 처음 몇 번의 진동운동을 분석한다.
2. 운동 과정에서 가속도의 최대 값과 최소 값을 잰다.
3. 실제 번지점프와 실험결과를 비교한다.

 

 

 

번지점프대 위에서 번지점프를 할 경우, 고무줄의 영향을 받지 않고 초기속도가 0인 자유낙하를 할 경우 가속도는 거의 –9.8m/s² 로 일정하게 유지된다. 하지만 번지점프의 고무줄이 늘어날 때에는 가속도가 변화하기 시작하고, 중력보다 탄성력이 큰 시점에서 전체 알짜 힘이 -(중력방향)에서 +(위쪽방향)가 되어 가속도 역시 +가 된다. 결과적으로 가속도는 사람이 여전히 아랫방향으로 떨어지고 있음에도 불구하고 위쪽방향을 향하게 된다. 또한, 양의 방향을 갖는 가속도의 최대값은 번지점프 줄이 최대로 늘어나는 지점이 된다.

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실험 방법

1. 실험 과정 1

1) 가속도 센서를 LabPro에 연결하고, 가속도 센서를 나무 조각이나 장난감 인형을 부착한다. *부착 시에는 가속도 센서에 표식 되어진 화살표가 위를 향하게 한다.

 

2) 고무줄의 한쪽 끝을 나무 조각의 고리나 인형의 발에 묶고 다른 쪽 끝을 지지대에 묶는다. 나무 조각이나 인형이 떨어지는 동안 바닥에 부딪치지 않도록 고무줄의 길이를 조절한다.

 

3) (일반물리 실험) 폴더 안의 (07 번지점프.cmbl) 파일을 연다. 시간 대 가속도의 그래프가 나타날 것이다. 세로축의 가속도의 크기는 -60부터 40 까지 이다. 가로축의 시간 간격은 0에서부터 5초까지 표시되어 있다. 가속도 센서는 오직 가속도 센서에 있는 화살표 방향의 가속도만을 측정하여 멈춰있을 때 0, 자유낙하 할 때 -9.8로 초기화 되어있다. 여러분들은 단계 5와 6에서 이 사실을 확인할 수 있을 것이다.

 

4) 번지 점퍼를 책상 위에 올려놓고 가속도 측정기의 화살표가 위쪽으로 향하게 하라. (0 포인트 설정) 버튼을 눌러 그 상태가 가속도가 0인 상태로 맞춰준다.

 

5) (수집) 버튼을 누른다. 이때 번지점퍼를 떨어뜨리지 않는다. 데이터의 수집이 모두 끝나면 마우스로 영역을 선택하고 (통계)버튼을 눌러서 평균 가속도를 구한다. 이 값은 거의 0일 것이다. 이 값은 번지점퍼가 점프를 하기전의 가속도를 나타낸다.

 

6) 단계 5를 반복한다. 그러나 이번에는 번지점퍼를 떨어뜨려 자유낙하 시킨다. 방향을 적절히 유지하여야 한다. (화살표가 위쪽을 향하도록) 번지점프의 줄이 완전히 풀리기 전에 점퍼를 붙잡는다. 낙하하는 동안의 평균 가속도를 구한다. 이 값은 -9.8 에 가까울 것이다.

 

7) 번지점퍼를 번지점프 줄에 매달고 용수철에 매달린 물체처럼 진동을 하도록 5 cm가량 잡아당긴 후 놓는다. (수집) 버튼을 누르고 그래프를 관찰하라. 운동 과정에서 가속도가 양의 방향을 가지면서 가장 큰 값을 갖는 지점을 결정하라. 이 지점은 번지점퍼가 진동과정에서 바닥, 중간 그리고 가장 위쪽 중 어느 위치에 있을 때인가?

 

2. 실험 과정 2. 번지점프 전 과정

1) 그림에서처럼 번지점퍼를 지지대의 높이에 맞춰 매단다. 가속도 센서의 전선은 점퍼가 떨어졌을 때, 운동을 방해하지 않도록 운동 경로 안에 있지 않도록 하고, 가속도 센서의 화살표가 위쪽을 향하는지 확인한다.

 

2) (수집) 버튼을 눌러 데이터를 수집을 시작한다. 1초 정도를 기다린 후 번지점퍼를 떨어뜨려 점퍼가 몇 번 진동하도록 한다. 가속도 센서의 전선은 번지점퍼가 가장 낮은 지점에 도달했을 때까지 완전히 풀리지 않도록 조절한다.

 

3) 만족할 만한 데이터를 얻을 때까지 실험을 반복한다.

 

 

 

[일반물리학실험] 번지점프에서의 가속도 레포트