[일반물리실험] 포물선 운동 결과보고서

목차

1. 실험목적
2. 실험 원리
3. 실험기구 및 재료
4. 실험방법
5. 측정값
6. 실험결과
7. 결과에 대한 논의
8. 결론
9. 참고 문헌 및 출처

본문내용

1. 실험목적
수평면에 대해 임의의 각도로 공을 발사하고 발사된 공이 수평 방향과 수직 방향으로 어떤 운동을 하는지 알아본다.

2. 실험 원리
지표면에서 지면과 일정한 각도를 이루어 던져진 물체는 지면에 수직인 방향으로만 일정한 크기를 가지는 중력의 영향을 받는다. 수평 방향으로는 등속도 운동을 하며 수직 방향으로는 등가속도 직선 운동을 하게 된다. 이렇게 모든 지점에서의 힘의 크기와 방향이 같은 공간에서 물체가 힘의 방향과 일정 각도를 이루어 던져질 때 이 물체는 결과적으로 아래 [그림1]과 같은 형태의 포물선을 그리게 되며 이때 물체가 그리는 궤적을 포물선 운동이라고 칭한다. [그림2]에서 노란색 점은 시간이 1초씩 흐를 때마다 실험 기기로 측정한 물체의 x 축 위치를, 파란색 점은 물체의 y 축 위치를 나타내며 각 점 사이의 간격을 관찰하면 단위 시간당 물체의 x 축 방향으로의 이동 거리, 즉 물체의 x 축 방향으로의 속도는 일정하지만 단위 시간당 물체의 y 축 방향으로의 이동 거리는 점진적으로 증가하여 가속 운동을 하고 있음을 확인할 수 있다. 이때 단위 시간당 늘어나는 빨간색 점간의 간격의 길이는 일정하며 그 값은 중력 가속도의 크기인 9.8m/s²이다.

[그림3]에서 보듯이 물체가 던져질 때 지면과 이루는 각도에 따라, 다시 지면에 떨어졌을 때 x 축 방향으로 물체가 도달하는 거리의 값이 달라짐을 확인할 수가 있다. 그러므로 골프공이나 포탄이 낙하하는 지점은, 대포의 포신이 지면과 이루는 각도나 공을 타격할 때 공이 날아가는 초기 각도를 조절해서 제어할 수 있다. 공기와의 마찰 등 중력 외의 외력을 고려하지 않을 때 지면과 45도의 각도를 이루도록 물체를 던지면 가장 멀리 날아간다는 사실이 수학적으로 증명되었다.

참고 자료

일반물리학실험 제3판, 부산대학교 물리학교재편찬위원회, 청문각, 2014
두산백과 - 포물선 운동