부산대학교 일반물리학실험1 Tracker 사용한 포물선 운동 보고서

소개

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목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 측정값
6. 실험 결과
7. 결과에 대한 논의
8. 결론
9. 참고 문헌 및 출처

본문내용

1. 실험 목적
수평면에 대해 임의의 각도로 공을 발사하여 영상을 촬영하고 발사된 공이 수평방향과 수직방향으로 어떤 운동을 하는지 영상 분석으로 알아본다.

2. 실험 원리
공기저항을 무시한다고 할 때 초기 위치 (), 초기 속력 로 수평에 대하여 의 각도로 공을 발사했다고 하자. 발사된 공의 t초 후 수평방향 성분은

< 식 1 >

이다. 그리고 같은 시간 후 위치의 수직방향 성분, 즉 공의 높이는 다음과 같다.

< 식 2 >

여기서 g는 중력가속도이다.
수평방향의 속도는

< 식 3 >

으로 시간에 대해 일정하며 수직방향의 속도는 아래와 같다.

< 식 4 >

< 식 1 >에서 시간 t에 대한 식이 나온다.

< 식 5 >

t를 < 식 2 >에 대입하면 발사체의 경로방정식을 다음과 같이 구할 수 있다.

< 식 6 >

< 식 7 >

이 결과는 의 형태인 포물선의 방정식이므로 발사체의 경로는 포물선을 이룬다.

3. 실험 기구 및 재료
카메라, 삼각대, 발사기, 쇠공, 줄자, Tracker 프로그램

4. 실험 방법
⓵ 발사기를 스탠드에 끼워서 고정한다. (공이 발사될 때 반동으로 스탠드가 움직이지 않도록 스탠드의 발 주위에 테이프 등으로 걸림 장치를 만들어 둔다.)
⓶ 발사기의 각을 약 30°로 맞춘다.
⓷ 실험대에 줄자를 발사방향과 나란하게 부착한다.
⓸ 실험대에서 약 2m 떨어진 곳에 삼각대를 설치한다.
⓹ 삼각대에 카메라를 설치하고 카메라가 실험대를 정면으로 바라보도록 한다.
⓺ 카메라를 켜고 Slow motion video 모드(HFR)를 선택한다.
⓻ 카메라 화면에 실험대가 수평이 되도록 하고 쇠공의 궤적이 전부 촬영될 수 있도록 조정하고 카메라의 초점을 맞춘다.
⓼ 녹화를 시작하면서 동시에 방아쇠를 당겨 쇠공을 발사한다.
⓽ 녹화를 종료해서 확인한 후 Tracker 프로그램을 이용해 분석한다.
⓾ 공의 비행시간 t와 공의 수평이동거리 의 그래프를 그리고 기울기를 구한다.
⑪ 공의 비행시간 t와 공의 수직이동거리 의 그래프를 그린다.

참고자료

· 일반물리학실험, 제4판, 물리학교재편찬위원회, 청문각, 2017, p.330~337