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[물리학] 커브볼의 원리를 찾아서(과학리포트) 평가A좋아요

커브 볼의 원리를 찾아서...{작성자 : 강호철◇ 목차 ◇가. 탐구주제나. 탐구하게 된 동기다. 탐구를 통하여 알아보고 싶은 점라. 탐구실행 방법(절차와 방법)▷ 준비▷ 실험- 예상실험- 실제실험마. 탐구내용과 결과 정리▷실험 결과- 실제실험의 결과- 예상실험의 결과바. 탐구를 통하여 알게 된 점사. 더 많은 종류의 자료 찾아보기아. 더 많은 자료를 찾아서 알게 된 점자. 탐구를 통하여 느낀점차. 마지막 결론카. 참고 문헌가. 탐구주제공이 휘는 것에 대해 그 물리적 현상을 설명하고, 직접 도구를 만들어 실험해 본다.나. 탐구하게 된 동기야구 중계를 볼 때, 마구, 마구 하는데, 공이 회전하는 것을 제대로 관측하지 못하였다. 그래서 실제로 커브 공이 되는지, 원리도 알아보기 위해서 탐구주제로 정하였다.다. 탐구를 통하여 알아보고 싶은 점◎ 공의 회전에 따른 공의 진행 방향과 그 힘라. 탐구실행 방법◎ 실험을 위한 준비-준비물 : 두꺼운 도화지(4절) 1장, 테니스 공 넣는 통, 사포(8절) 1장, 양면테이프, 테이프, 스티로폼 공 2개{←완성도{{{{{{{{※ 만드는 과정1. 두꺼운 도화지(4절)를 12cm 정도로 접는다(세로로).그러면 약 1/3으로 나누어진다. 남는 종이는 잘라서 버린다.2. 테니스 공 넣는 통을 위에서 약 1∼2cm 정도 자른다.3. 테니스 공 넣는 통의 크기를 두꺼운 도화지에 표시한다.4. 사포를 반으로 길게(세로로 자른다) 잘라서 두 개를 길게 도화지에 대 보고, 테니스 공 넣는 통의 길이만큼만 잘라 낸다.5. 두꺼운 도화지 전면에 양면 테이프를 붙인다.6. 사포와 테니스 공 넣는 통을 붙이고 그 통 주변을 안 떨어지도록 테이프로 감싼다.7. 완성◎ 실험하기-준비물 : 캠코더, 위에서 만든 실험도구, 스티로폼 공, 나-실험의도 : 실험도구 위를 스티로폼 공이 지나가면서 거친(마찰력이 큰) 사포 위를 지나게 되므로 그 길이만큼 회전력을 가지게 된다. 예상대로라면 공이 휠 것이고, 또한 그 힘의 방향은 실험도구의 방향이 바뀜에 따라 계속 바 커진다. 따라서 압력은 큰 쪽에서 작은 쪽으로 이동하게 되므로 이 실험 대로 하게 되면 공이 위로 가게 될 것이다.∴ 공은 위로 뜨게 된다(실험도구를 위에서 아래로 휘두른다면...)--- 참고자료 ---{※ 베르누이의 정리 [Bernoulli's theorem]개요 : 유체(流體)의 유속(流速)과 압력의 관계를 수량적으로 나타낸 법칙.유체역학의 기본법칙의 하나이며, 1738년 D.베르누이가 발표하였다. 유체의 유속을 v, 밀도를 ρ, 중력가속도를g , 임의의 수평면에서 높이를 h, 유체의 정압(靜壓)을 p라고 하면 유체의 어떤 부분에 대해서도ρgh＋p＋1/2ρv2=const.(일정)이라는 관계가 성립된다. 유체가 동일 수평면을 흐른다고 하면, 이 식은 p＋1/2ρv2=const.라는식으로 단순화된다. 이 식의1/2ρv2의 항은 유체의 흐름에 기인하는 동압(動壓)으로서 유체의 운동에너지에 해당하고, 7h＋p는 유체의 위치에너지에 해당한다. 즉, 이 정리는 유체의 위치에너지와 운동에너지의 합은 항상 일정하다는 내용을 담고 있다. 그러나 이 법칙이 적용되는 것은 점성을 무시할 수 있는 이상유체(理想流體)가 규칙적으로 흐르는 경우에만 한정되고, 실제의 유체에 대해서는 적당히 변형된다.이 정리에 의하면 유체의 흐름 내에서는 유속이 빠를수록 정압이 낮고, 유속이 느릴수록 정압이 높아지므로 정압을 측정하면 유속을 알 수 있다. 일반적으로 차압식유량계(差壓式流量計)라 하는 유량측정장치는 이것을 원리로 한 것이다.{출처 : 두산세계대백과 EnCyber{(위 참고자료에 대한 첨부)백과사전이라 약간 말이 어렵게 나왔는데, 좀 쉽게 말하면 (내가 이해하고 있는 수준) 오른쪽 그림처럼 비행기 날개 단면도를 보게되면, 윗부분은 둥그렇고, 아랫부분은 편편한 것을 볼 수 있다. 여기서 윗부분이 더 길이가 길다는 것을 눈으로도 알 수 있다. 그래서 이 날개가 이동하면서 윗공기와 아랫공기가 같은 시간에 지나야 하기 때문에 길이가 긴 날개 윗부분은 아랫부분보다 더 빠르게 움직여야 하고, 그로힘이 올바르지 못했을 때6. 던지는 자세가 올바르지 못했을 때마. 탐구내용과 결과 정리◎ 실험의 결과-결과의 촬영 : 디스켓으로 제출 {♤실제실험의 결과: 약 35회 정도를 실험해 보았다. 그중 26회 정도가 예상과 같은 방향으로 꺾어지는 것을 볼 수 있었다. 나머지 실패한 10회 정도도 실수로 힘을 잘못 주어 땅에 바로 떨어진 것으로 이것을 제한다면 100% 실험에 성공하였다. 또한 이 실험에 제일 큰 변화요인으로 작용할 수 있는 바람도 거의 불지 않아서 실험에 성공할 수 있었다.몇 번을 촬영하고 나서 기구가 약간 구겨져서(공기의 마찰이 면적이 넓어서인지 의외로 강했다) 하드보드지로 보수하였다. 하지만 바람이 불거나 사포가 좋지 못하거나 하지 않아서 실험이 어렵게 되지는 않았다.하지만 던지는 힘이 올바르지 못하여 실패한 실험(첨부자료 디스켓 참고)과 던지는 자세가 올바르지 못하여 실패한 실험(첨부자료 디스켓 참고)이 꽤 있었다.▷ {실험의 결과 ◁{위로.WMV 참고{{{총 28회 실험하여, 그중 20회가 위 그림과 같이 되었다.{{옆으로.WMV 참고{{{총 6회 실험하여, 6회 모두 위와 같은 결과가 나왔다.{실패한실험.WMV 참고{{{{1. 자세가 좋지 못하여 공이 너무 높이 올라가 촬영이 조금 이상하게 된 경우 : 2번{{{{{2. 힘과 자세가 좋지 못하여 공이 너무 빠르게 지면으로 부딪쳐 공의 변화를 관찰 하지 못하게 된 경우(공이 약간 망가진 원인) : 6번-. 실험의 결과 정리○ 총 실험 : 34회○ 커브가 관찰된 실험 : 28회(실패한 것 중, 너무 높이 올라가서 실패원인이 되었던 것은 커브가 관측되었다.)○ 실패한 실험 : 6회{실험의 결과 정리실험횟수총 실험 횟수34커브가 관찰된 실험28실패한 실험6이 표를 보면 많은 실험이 커브가 관찰된, 즉 성공한 실험 임을 보여준다. 게다가 실패한 실험들은 다 자세에 잘못에 있던 것이라서 회전이 걸린 공은 커브로, 즉 휘어지는 진행 을 보인다.♤예상실험의 결과: 예상 실험에서 베르누이의 정리에 대하여 이 아래 참고자료로 정리한다.--- 참고자료 ---{(오개념)우리는 야구경기를 볼 때 투수가 던진 공을 휘게 하는 기술이 있는 것을 들어 본적이 있을 것이다. 이러한 공이 휘는 것을 우리는 많이 베르누이의 원리를 이용하여 설명 하는데, 이것은 잘못된 생각이다. 베르누이의 원리로 공의 휨을 설명할 수 있지만, 이것은 진실이 아니다. 야구공이 휘게 되는 이유는 베르누이의 원리 보다는 뉴턴의 제 3법칙(작용 반작용의 법칙)을 적용해야 한다. 만약 야구공이 회전 없이 날아간다면 그 경로는 아래 그림과 같다. 이때 공기의 흐름은 대칭적이다. (그래서 베르누이의 원리가 적용되지 않는다.) 만약 아래 그림처럼 야구공이 반시계방향으로 회전하면, 야구공과 공기와의 마찰로 앞쪽의 공기를 위로 끌어 올려서 뒤로 내보내게 된다. 따라서 난류 흔적이 공의 바로 뒤가 아니라 아래쪽으로 밀려난다.결국 위 그림처럼 야구공이 아랫방향의 힘을 공기에 작용한다. 이때 뉴턴의 제 3법칙에 따라 공기가 위 방향의 힘을 야구공에 작용하게 된다. 따라서 야구공이 위쪽으로 휘게 된다.http://phys.knue.ac.kr/homepage0/pds/live-phys/fluid/pf-7.htm(위 참고자료에 대한 첨부)이 내용은 『아인슈타인이 이발사에게 들려준 이야기』라는 책에 내용이 잘 나와 있어서 약간은 이해를 하고 있는 내용이다. 그 내용을 설명하고자 아래와 같은 그림을 한번 그려 보았다.{뉴턴의 역학 3법칙-「작용과 반작용의 법칙」으로 설명이 가능하도록 그림을 될 수 있으면 간단하게 그렸다.그 전에 먼저...{{{{{{{{{--- 참고자료 ---{운동의 제3법칙(작용·반작용의 법칙)손으로 벽에 힘을 가하며 밀면 손은 벽으로부터 힘을 받는 것을 느낄 수 있다. 롤러스케이트를 신은 사람이 벽을 밀면 사람은 벽으로부터 힘을 받아 뒤로 미끄러지면서 밀려난다.이와 같이, 힘은 반드시 두 물체 사이에서 일어나는 상호 작용으로 한쪽의 힘을 작용이라 할 때 다른 쪽의 힘은 반작용이라 한다.한 물체 A가 다른 물체용과 반작용은 항상 쌍으로만 존재한다.4 작용 반작용의 법칙은 접촉하고 있거나 떨어져 있는 경우(전기력, 자기력, 만유인 력 등)에서도 성립한다.자료출처 : HIGHTOP 공통과학 中 p.156다시 그림을 그려서 생각해 보면{{{{{{{{{{여기 빨간 화살표와 파란 화살표가 이 내용에서는 가장 중요하다. 왜냐하면, 이것이 작용과 반작용을 나타내는 표시이기 때문이다. 공이 회전하면서 진행하므로 바람을 앞에서(위 그림에서는 바람의 방향이 표시되어 있는 쪽) 받게 된다. 그러면 회전하고 있는 공의 윗 부분에서 공기의 마찰로 인하여 공기를 위로 끌어올려서 뒤로 내보내지게 된다.(위 자료에 있는 내용) 그리하여 그 공기의 힘이 이 공에서 지면을 향하여 밀고, 또한 그 반작용으로 공이 뜨게 되는 것이라고 할 수 있다.반대로 말하면, 공이 뜨려면 무언가가 내려가야 하는데, 그것이 바람과 회전에 의해 더 강해진 공기가 내려가서 바닥을 밀어내는 것이라 할 수 있다.아. 더 많은 자료를 찾아서 알게 된 점가장 중요한 점은, 앞에서 베르누이의 원리에 의해 공의 회전이 일어난다고 하였는데, 더 많은 자료를 찾으면서 베르누이의 원리도 있지만, 이것으로 설명하는 것보다는 뉴턴의 역학 제 3법칙에 따라서 설명하는 것이 좋다고 하는 것이다. 하지만, 이것은 내가 이 보고서에서 실험을, 또는 이것에 대한 거짓·참 판단을 하는 것은 무리이므로, 더 많은 자료에서 한번 더 많이 찾아보기로 한다.--- 참고자료 ---{(1)커브볼의 원리--커브공은 공이 회전하며 포수를 향해 진행하면서 굽어지는 현상이다. 이런 공이 발생하는 이유는 공이 회전하면서 비행할 때 주위에 형성되는 공기 흐름이 달라지기 때문. 즉 공의 진행 방향과 바람의 흐름이 일치한 쪽에서는 유체의 속도가 커져서 압력이 감소하지만(베르누이 정리) 반대쪽에서는 유속이 작아지면서 압력이 커진다 (오른손 투수의 경우 투수의 관점에서 보아 공의 오른쪽 맨 위가 왼쪽 아래보다 빠르게 진행한다). 이렇게 발생한 압력차로 인해 공은 타자 앞에서 크다.

자연과학| 2003.06.16| 14페이지| 1,000원| 조회(1,795)

과학, 물리학, 베르누이의 정리, 커브볼, 작용반작용의 법칙

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