실 험 제 목 : 자전거는 왜 넘어지지 않을까?(세차운동)1. 실험 목적과 배경 이론1.1 실험 목적‘자전거는 왜 넘어지지 않는가’에 대한 답을 찾기 위해 피젯스피너를 이용하여 세차운동과 회전운동에 대해 이해한다.1.2 배경 이론- 강체 : 크기나 모양이 변하지 않는 보통의 물체- 회전 운동 : 회전을 하는 강체 내에 있는 점이 어느 점이든 상관없이 임의의 점에서 같은 각속도로 회전하는 것을 말한다. 즉, 물체가 고정점 주위를 회전한다는 것, 물체에 있는 모든 점이 원을 그리며 움직인다는 것이 회전 운동이다. 회전축으로부터 거리가 다른 2개의 점은 같은 각속도를 갖는다고 하더라도 다른 접선 속력을 갖게 된다.v _{1``} =w _{1``} r _{1``} ,`v _{2`} =w _{2`} r _{eqalign{2#``}}v _{1``} >v _{2``} ,``w _{1`} =w _{2`}각가속도 = 각속도의 변화 / 시간 간격, 선가속도 = 속도의 변화 / 시간 간격- 세차운동 : 물체의 회전축이 회전하는 운동이다. 회전하고 있는 물체의 회전 기준이 되는 회전축이 회전하는 현상이다.돌림힘 : 물체를 축에 관해 회전시키려는 힘의 효과를 나타내는 척도각운동량 :L=Iw ( I : 관성모멘트, w : 각속도 )2. 실험 방법1. 준비물로는 실과 연필, 피젯스피너, 실을 자를 것, 고무줄이 필요하다.2. 연필에 피젯스피너를 꽂고 고무줄로 피젯스피너의 양 끝을 고정한다.3. 연필의 한 부분에 실을 묶고 실이 움직이지 않도록 양 끝을 고무줄로 고정한다.4. 실을 잡고 피젯스피너를 돌린다.3. 실험 결과와 토의1) 사용한 물품 사진2) 자전거는 왜 넘어지지 않는가?실험에서 알 수 있듯이 물체가 회전하지 않고 있을 때는 중력의 힘을 받아 그대로 쓰러지는 모습을 볼 수 있으며, 물체가 회전축을 따라 회전 운동을 할 때는 쓰러지지 않고 세차 운동을 하며 회전하는 모습을 볼 수 있다. 이와 마찬가지로 자전거 또한 우리가 페달을 굴려 자전거 바퀴의 회전축에 따라 바퀴가 회전을 하는 동안에는 축의 방향과 같은 방향으로 운동을 하기 때문에 넘어지지 않고 굴러가는 것이다. 강체에 가해지는 알짜 돌림힘은 각운동량을 변화시키며, 알짜 돌림힘이 없는 계에 대해서는 각운동량이 변하지 않고 보존된다. 각운동량 보존 법칙에 의해 자전거 페달을 밟아 바퀴를 굴릴 때 알짜 돌림힘이 가해지지 않는다면 자전거는 넘어지지 않고 계속해서 굴러갈 수 있다.3) 미니벨로와 MTB 자전거 중에서 어떠한 자전거가 더 안전한가?미니벨로 자전거보다 MTB 자전거가 더 안전하다고 생각한다. 미니벨로 자전거와 MTB 자전거를 비교해보면 미니벨로 자전거의 바퀴 지름이 MTB 자전거 바퀴의 지름보다 작다는 것을 확인할 수 있다. 자전거 바퀴가 회전 운동을 할 때 속력을 비교해보면,
