s)
1회
1.247
0.9869
0.2780
0.2334
0.5670
0.4488
0.1260
0.2481
7.756
2회
1.212
1.051
0.1988
0.5340
0.4632
0.1754
8.502
3회
1.253
0.9965
0.2394
0.5670
0.4510
0.2481
7.794
평균
1.237
1.011
0.2239
0.5560
0.4543
0.2239
8.066
3) angle = 60 도
거리L (m)
시간t (s)
최고높이H (m)
시간t(H) (s)
초속도v (m/s)
1회
0.9626
0.6340
0.2552
0.2330
3.037
2회
0.9315
0.6000
0.2573
0.2330
3.105
3회
1.056
0.6000
0.2635
0.2330
3.520
평균
0.9834
0.6113
0.2587
0.2330
3.221
수평거리(m)
수평거리 이론값(m)
평균제곱오차
상대오차
비행시간(s)
비행시간 이론값(m)
평균제곱오차
상대오차
g(m/s)
1회
0.9626
0.8151
0.1004
0.0455
0.6340
0.5368
0.0552
0.1138
8.853
2회
0.9315
0.8520
0.0117
0.6000
0.5488
0.0541
8.963
3회
1.056
1.095
0.1470
0.6000
0.6221
0.0541
10.16
평균
0.9834
0.9207
0.0681
0.6113
0.5692
0.0740
9.328
각 실험들에서 도출된 데이터를 보면 수평거리는 30도 각도일 때 평균적으로 28.00%, 45도 각도일 때 평균 22.39%, 60도 각도일 때 6.810%의 오차율을 보이고 있다. 그리고 비행시간은 30도일 때 27.62%, 45도일 때 22.39%, 60도일 때 7.400%의 오차율을 보인다. 이는 공기저항 및 발사될 당시의 반작용력, 발사될 때의 마찰력 및 소리 에너지에 의한 손실 등에 의하여 나타난 오차율이라고 생각된다. 이 상황들을 고려하였을 때 실험 목적에 거의 근접하게 결과가 도출된 것 같다.
실험2 - 1 - 1회차(T-X그래프)
실험2 - 1 - 1회차(T-Y그래프)
실험2 - 1 - 1회차(X-Y그래프)
실험2 - 1 - 1회차 캡쳐자료
실험2 - 2 - 2회차(T-X그래프)
실험2 - 2 - 2회차(T-Y그래프)
실험2 - 2 - 2회차(X-Y그래프)
실험2 - 2 - 2회차 캡쳐자료
실험2 - 3 - 3회차(T-X그래프)
실험2 - 3 - 3회차(T-Y그래프)
실험2 - 3 - 3회차(X-Y그래프)
실험2 - 3 - 3회차 캡쳐자료
각 회차의 T-X 그래프를 보면 시간이 지날수록 이동거리 X는 증가하는 형태를 보이고 있으며, 이 그래프들의 기울기는 x축 방향 속도를 의미한다. 공기의 저항을 무시한다면 그래프의 기울기는 일정하나, 실험에서는 공기의 저항 및 다른 여건도 간섭을 하므로, 약간씩 기울기가 감소하는 형태를 띠고 있다.
T-Y 그래프를 보면 시간이 지나면서 높이가 증가하다 최고점에 이른 후 다시 하강하는 운동을 하며, 이 그래프들의 기울기는 y축 방향 속도를 의미한다. 공이 발사되어 올라갈 때는 속도가 점점 줄면서 상승하다가, 최고점에서 속도가 0이 되고, 최고점을 지나면서 하강할 때는 속도가 점점 증가하게 된다.
X-Y 그래프를 보면 x축 이동거리가 증가하면서 y축의 높이는 점점 증가하다가 최고점에서 다시 y축의 높이가 줄어드는 경향을 보이고 있다.
2. 고찰
물선 운동실험은 실험과정과 실험결과에 비해 결과분석에서 미약했다고 생각 한다. 그래프의 모양도 포물선 운동에 가까운 대칭형을 이루었기 때문에 I-CA 분석당시에는 별 문제없이 이번에도 실험이 잘 될 것이라고 생각하였다. 실험결과 정리과정에서 생각해 보면 많은 문제가 있었다고 생각된다. 첫째로 I-CA로 실험결과를 분석할 때부터 문제가 있었다고 생각한다. 먼저 I-CA로 촬영을 마친 뒤에 좌표설정에서 x, y 좌표축 설정을 잘못하여서 좌표끼리의 차를 구하여 다시 계산을 통해 좌표를 설정하였었다. 그 부분에서 많은 오차가 발생할 수 있었으리라고 생각된다. 두 번째로, 실험중간에도 오차를 일으킬 수 있는 많은 문제가 있었다. 먼저 고정되지 않은 공의 발사대가 문제였다고 생각한다. 사람이 위에서 발사대를 누르고 있었기 때문에 공이 흔들림 없이 날아가기도 어려웠고 또한 공이 발사대에서 튀어 나올 때 발생하는 반작용도 영향을 주었다고 생각한다. 공의 질량이 작지만 튀어나가는 속도가 빠르기 때문에 여기서 발생하는 반작용에 의한 오차도 상당하리라고 생각한다. 또한 에너지 손실에 대한 영향을 꼽을 수가 있다. 구슬을 발사장치에 넣고 쏘는 과정에서 역학적 에너지가 마찰에 의한 열에너지와 소리에너지로 손실되어 정확한 데이터를 얻지 못했을 가능성이 있다.
3. 결론
물리학 과목을 약 4년전에 배우고 4년 전의 기억을 끄집어 내느라 힘들었었다. 하지만 이번 실험으로 인하여 포물선 운동의 개념 및 각종 공식에 대해 다시 지식을 습득할 수 있었으며, 포물선 운동의 운동특성을 알아낼 수 있었다. 그리고 이론만으로 봐오다가 직접 실험을 해서 보니 확실히 이해가 잘 되었다.
또한 이번 실험을 통해서 거의 완벽하게 I-CA 사용법을 익혔다. 물론 내가 속한 조의 컴퓨터 상태가 상당히 좋지 않아서 촬영을 하고 분석을 하는데 많은 시간이 걸리긴 하지만 분석에는 큰 어려움이 없으므로 이번 실험 과정에서 지난번 역학적 에너지 보존 때 미약했던 I-CA 사용법을 익힐 수 있는 기회가 되었다. 또한 이번실험은 조원들 간의 협동이 중요했는데 우리 조는 완벽한 협동으로 실험을 잘 수행했다고 생각한다. 이번 실험을 통해 등가속도운동과 등속운동의 결합으로 이루어지는 포물선운동을 살펴 볼 수 있는 기회가 되었다. 다음실험에서는 실험, 결과분석 과정에서 발생할 수 있는 많은 오차의 원인을 줄이도록 노력해야겠다.
4. 참고문헌, 감사의 말
참고문헌 : 대학물리학 (북스힐) - chapter3-4 포물체 운동
일반물리학실험 (북스힐)
감사의 말
실험에 대해 질문할 때마다 친절하게 가르쳐 주신 조교님께 감사의 말을 전합니다. 다음 실험에서도 열심히 하여 좋은 모습 보여드리겠습니다.