포사체의 포물선운동과 에너지 보존실험 및 탄동진자

주의사항

 1. 분실하기 쉬운 기자재(쇠구슬 및 나무구슬)은 항상 보관을 잘하시길 바랍니다.

 2. 오늘 실험은 두가지를 하게 되는데 base 실험장치에 부착되는 실험장치를 바꾸어가며 해야 합니다. 그러므로 실험기구를 바꿀 때 주의를 기울여 주시길 바랍니다.

 

Part I (포사체의 포물선운동과 에너지 보존실험)

1. 실험목적

   중력을 받아 포물선운동하는 포사체의 운동을 수평방향과 수직방향의 운동으로 나누어서 다루고 위치에너지와 운동에너지의 보존을

   이해한다.

2. 원리

중력을 받으며 운동하는 포사체의 운동은 공기의 마찰을 무시하면 수평방향으로는 등속운동을 하고 수직방향으로는 등가속도운동을 한다. 수평방향에 대해 Θ만큼 기울어진 각도로 v0 의 초속도로 발사된 물체의 수평방향 속도는 v0 cosΘ이고, 수직방향의 속도는  v0 sinΘ - gt 이다. 여기에서 g는 중력가속도, t는 발사후 경과한 시간이다. 따라서 출발점을 기준으로 할 때 수평방향의 위치는 x=v0 tcosΘ 이고, 수직방향의 위치는 y=v0 tsinΘ - ½gt2 이다.

포사체가 최고 높이 ymax 에 이르는 순간 tmax 에는 수직방향의 속도가 0이 되므로 v0 sinΘ - gtmax = 0 이다. 따라서 최고도달 높이 ymax 는 다음과 같다.

포사체가 떨어지는 곳 xmax 에서는 수직방향의 위치가 0이 되므로 다음과 같이 결정된다

 

3. 실험장치

 

 

 

1. 이번 실험의 Base 실험대입니다.

 

 

2. 실험기구를 Base 실험대에 부착하기 위한 나사입니다. 분실하기 쉬우므로 주의해주세요.

 

 

3. 실제로 구슬을 발사하는 발사대와 초기속도를 측정하기 위한 속도계입니다.

 

 

4. 구슬이 실제로 떨어지는 부분인 받침대입니다.

 

 

5. 길이를 재기위한 자입니다.

 

 

6. 구슬의 낙하지점을 표시하기 위한 먹지입니다.

 

 

7. 먹지에 의해 실제로 낙하지점이 찍히는 A4지입니다.

 

 

8. 속도계에 전원을 공급해 주는 어댑터입니다.

 

 

9. 실제 발사대를 떠나 날라가는 쇠구슬과 나무구슬입니다.

 

 

 

4. 실험절차

 

 

 

1. 먼저 각도기를 움직이지 않기 위해서 2번나사를 조여줍니다.

 

 

2. 옆그림은 실험에 쓰이는 구슬을 보관하는 부품입니다. 실험시작전 항상 여기에 두가지 구슬(쇠, 나무)이 들어있는지 확인하시고 실험이 끝난 후 항상 여기에 구슬을 다시 넣어서 보관해 주세요. 구슬을 꺼내는 방법은 옆그림의 화살표처럼 위로 플라스틱 케이스를 들어올리면서 공을 빼내면 됩니다.

 

 

3. 옆그림은 공을 빼내기 위해 플라스틱 케이스를 들어올린 모습입니다.

 

 

4. 1번 부분은 구슬을 발사해주는 발사대이고 2번 부분은 공이 발사대를 떠날 때의 초기속도를 측정해주는 속도계입니다.

 

 

5. 옆그림은 Base 실험대의 뒷부분입니다. 빨간색으로 동그라미 친부분에 나사를 넣어서 4번 그림의 발사 Unit을 고정하게 됩니다.

 

 

6. 옆그림은 실제로 발사 Unit을 각도기에 고정한 것입니다.

 

 

7. 옆그림은 구슬이 실제로 떨어지게 되는 쇠로 만든 바닥면입니다. 발사 Unit을 떠난 구슬은 실험테이블 바닥이 아닐 여기에 떨어지게 됩니다.

 

 

8. 이 바닥면은 옆그림처럼 높이 조절이 가능합니다.

 

 

9. 높이 조정은 옆그림에 있는 나사를 돌려서 할 수 있습니다.

 

 

10. A4용지에 구슬의 낙하지점을 표시하기 위한 먹지입니다.

 

 

11. 실제로 구슬의 낙하지점이 표시되는 A4용지입니다.

 

 

12. 1번 나사를 돌려 포사체와 2번 선이 이루는 각을 조절합니다.

 

 

13. 옆그림은 발사 Unit입니다. 보시면 알겠지만 자석이라고 되어있는 부분에 구슬을 갖다 붙이게 됩니다. 그러면 발사 Unit을 작동시켜서 구슬이 나갈 때 센서 사이를 지나가면서 속도계에 속도가 표시되게 됩니다.

 

 

14. 옆그림은 실제로 구슬을 발사 Unit에 장전한 모습입니다.

 

 

15. 옆그림에서 발사레버라고 나와있는 부분을 1방향으로 당기면 쇠구슬을 발사 Unit에서 발사할 준비가 다 되었습니다.

 

 

16. 옆그림은 발사 Unit을 위에서 본 모습입니다. 발사레버  A가 1단, 2단, 3단으로 A에 걸리게 되어있고 이 A를 당기면 쇠구슬이 발사됩니다.