일반물리학 실험 - 포물체의 운동

1. 실험제목 포물체의 운동

2. 실험목적
물체가 각도를 가지고 발사된 경우의 운동을 살펴보고 이 물체의 운동이 각도에 따라 어떤 변화를 보이는지 관찰한 다음 중력을 받아 포물선 운동을 하는 포사체의 운동을 이해한다.

3. 이론

지표면에서의 중력과 같이 크기와 방향이 일정한 힘이 작용하는 공간에서 힘의 방향과 어떤 각도로 던져진 물체는 모두 수평방향으로는 등속 운동을 하고 수직 방향으로는 등가속도 운동을 하는데, 이러한 운동을 관찰했을 때 물체의 운동은 포물선으로 나타난다.
포물선 운동은 수평방향 운동과 연직방향 운동으로 분해하여 생각할 수 있다. 공기의 저항을 무시하면 포물선 운동하는 물체는 수평방향으로는 힘을 받지 않으므로 수평 방향의 가속도는 0이다. 따라서 수평 방향의 속도는 변하지 않고 등속 직선 운동(등속도 운동)을 하게 된다. 연직방향으로는 중력만을 받으므로 연직 아래의 가속도 인 등가속도 직선운동을 한다.

수평(축)방향
연직(축)방향
힘

가속도
(등속도 운동)
(등가속도 운동)
처음속도

출발점 을 기준으로 할 때 수직방향의 위치는 이다. 포사체가 최고높이 에 이르는 순간 에는 수직방향의 속도가 0이 되므로 , 이다. 따라서 최고도달 높이 는 다음과 같다.

수평방향의 최고도달 거리 에 도달하기 위하여 걸린 시간은 포사체가 최고점에 올라갔다가 다시 에 도달한 시간이므로, 시간 이다. 따라서 최고도달 거리 는 다음과 같다.

초기속도 를 실험적으로 결정하려면 탁자 위에서 발사대(런처)를 수평으로 두고 공을 쏘아 바닥에 떨어뜨린다. 이때 공의 수평 이동거리는 이고, 수직 이동거리 에서 이므로 두 값을 재면 초기속도가 로 결정된다.

4. 실험방법

A. 초속도 측정
① 런처를 지면과 수평으로 맞추어 놓는다. 이때 런처 옆에 달린 각도기에 눈금이 0으로 맞 추어진 것을 확인한다.
② 포토게이트 타이머를 gate 모드로 맞춘다.
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