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중3과학/3단원(운동과 에너지)

섬광사진을 이용한 운동분석 가상실험

by 민서아빠(과학사랑) 2020. 6. 12.

섬광사진을 통해 운동을 분석하기 위한 가상실험 프로그램이다.

아래 링크에서 가상실험 하다 왔겠지? 안 했으면 아래 링크를 눌러 가상실험을 함께 하면서 내용을 살펴 보도록 해.

http://sciencej.cafe24.com/html5/stroboscope/stroboscope.html

 

<운동분석>

  어떤 물체가 운동할 때 속력이 빠른지, 느린지, 또는 속력이 변하는지 변하지 않는지 어떻게 알 수 있을까?

운동을 분석하는 가장 고전적인 방법이 섬광사진(stroboscope)을 이용하는 방법이야.

 

깜깜한 암실에서는 아무것도 안보이는데 일정한 시간 간격으로 섬광을 발생시키면 불이 들어오는 순간만 사진에 촬영이 되거든. (위 가상실험에서는 불이 꺼졌을때도 공이 보이는데, 사실은 불이 꺼져 있는 동안은 공이 보이지 않아.)

위 가상실험에서 해 보면 알겠지만, 그래서 공의 위치가 일정한 시간간격으로 사진에 남게 된단다.

 

이제 우리는 운동을 분석할 수 있게 되었어. 경로가 남아 있으니까.

어디보자. 운동이 빨라지면 공의 간격이 넓어 진다는 것도 알 수 있고, 공의 간격이 일정하면 등속운동이라는 것도 확인 할 수 있게 된거지.

또 중력이 작용하는 곳에서는 공이 아래로 떨어질때 시간이 지날수록 일정한 비율로 점점 빨라진다는 것도 공의 간격을 분석해보면 알아낼 수 있었지. 

가상실험을 하면서 아래에 위치한  옵션들을 이것 저것 바꿔 가면서 확인해 봐.

운동시작 하기 전에 드래그해서 축구공의 위치를 바꿀 수 있는 건 알고 있겠지?

 

<가상실험에서 이런걸 고민하면서 실험해 봐>

 
1. 섬광사진이 어떻게 촬영되는지 그 이유는?
2. 섬광사진 터지는 시간이 변하면 똑같은 운동이라도 화면에 보이는 공의 갯수가 변할까? 그 이유는?  그럼 다른 운동일까?
3. 속력이 일정한 등속운동인지 어떻게 알 수 있지? 또 어떤 운동이 더 빠른지 어떻게 알 수 있지?
4. 중력효과를 넣어서 교과서에 나오는 것처럼  포물선 운동이나 자유낙하 운동을 만들어 보자. 그리고 왜 그런 모양이 되는지 생각해 보자. 

  아래 옵션처럼 바꾸고 공의 위치를 맨 아래로 내려 놓은 다음 운동을 시키면 포물선 모양의 운동이 만들어 지지. ^^

5. 그리고 여러가지 운동을 시켜 보고, 서로 비교해 보면서 어떤공통점이 있고, 어떤 차이가 있는지 생각해 보자.  
최근에 한 실험의 흔적이 남아 있기 때문에  5개까지 운동을 비교해 볼 수 있어.

 

<추가질문 - 조금 어려울수도 있어>

가상실험에서 배경에 있는 한칸의 간격은 몇 m 일까?

위 가상실험에서 중력이 작용할 때 중력가속도는 얼마일까? 구해낼 수 있을까?

 

요즘은 기술이 좋아져서 암실이 아닌 곳에서도 카메라의 연속촬영 기능을 이용해서 운동을 분석하기도 한단다. 위 가상 실험에서 암실체크를 끄고 해 볼 수 있지.

 

이건 선생님이 스마트폰에 있는 앱을 이용해서  직접 촬영해 본 운동분석 영상이야.  속력이 변하는지 안변하는지 알 수 있겠니?

 

뭐 이거까지 알 필요는 없겠지만, 참고로 불이 켜지는 시간을 조절할 수 있는 섬광을 이용하면 빠르게 돌아가는 선풍기 날개 회전수도 알아낼 수 있다. 어떻게 알아낼 수 있냐고? 그건 선생님이 촬영한 영상을 한번 봐.

이건 섬광사진의 원리에 대한 설명이니까 자세한 내용은 몰라도 되. 관심있는 사람만 보도록.... ^^

 

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