[올타 실험과학 마곡센터] 퀀텀1 8월-4주차 사이클로이드, 등속운동

이 수업은 등속운동과 사이클로이드 곡선에 대해 알아보는 내용으로, 초등학교 6-1 물체의 운동에 포함되는 과정입니다.

1. 물체의 운동 - 체의 운동은 시간이 지남에 따라 물체의 위치가 변하는 것을 말함 - 빠르기는 같은 시간 동안 이동한 거리를 비교하거나, 이동 거리와 걸린 시간을 이용해 속력으로 나타내며, 속력이 빠를수록 같은 시간 동안 더 멀리 이동함

2. 속력 - 속력은 물체가 얼마나 빠른지를 나타내는 값으로, 단위 시간 동안 이동한 거리를 말함 - 계산은 속력 = 이동 거리 ÷ 걸린 시간이고, 단위는 km/h나 m/s를 쓰며, 방향까지 말하는 속도와는 구분됨

3. 운동의 종류 - 등속 직선 운동 : 속력 일정, 운동방향 일정 (자동계단) - 등가속도 직선 운동 : 속력 변함, 운동방향 일정 (자유낙하 운동) - 등속 원운동 : 속력 일정, 운동방향 계속 변함 (놀이기구) - 포물선 운동 : 속력 변함, 운동방향 계속 변함(진자운동)

4. 사이클로이드 곡선의 특징 - 바퀴처럼 원이 직선 위를 굴러갈 때 원 위의 한 점이 그리는 곡선을 말함, 특징은 두 점 사이를 중력만으로 내려올 때 가장 빨리 도착하는 최단 시간 강하 곡선이고, 곡선 위 어느 지점에서 출발해도 같은 시간에 도착하는 등시성도 가지고 있음

<실험>

1. 사이클로이드 곡선 미끄럼틀을 만들어 구슬을 굴려 봅니다.

네임펜을 지관 옆면에 밀착시켜 책상에 수직으로 세워 위치를 잡은 다음 테이프로 단단히 고정함 에이포 용지를 벽에 바짝 붙여서 테이프로 바닥에 단단히 고정함 종이의 한쪽 모퉁이에 지관을 올리고 네임펜이 벽에 닿도록 위치를 조정함 지관을 벽쪽으로 밀면서 벽을 따라 한바퀴를 돌림 네임펜이 지나간 자취를 관찰해봄(여러번 연습을 해봄) 별지의 사각형을 잘라 미끄럼틀의 바닥 부분을 골판지에 맞추어 붙인 다음, 곡선을 따라 가위로 자름 (팀을 나눠 직선 미끄럼틀을 만들어 비교해보기)

우드락에 별지를 붙이고 12조각으로 잘라 두 조각씩 포개어 양면 테이프로 붙인 다음 한쪽 면에 양면테이프를 붙임 사진과 같이 골판지에 우드락을 붙인 다음, 다시 양면테이프를 붙임 골판지를 수직으로 세워놓고 남은 골판지를 우드락에 붙여 미끄럼틀을 완성함 완성한 사이클로이드 미끄럼틀과 직선 미끄럼틀을 맞대어 세운 다음 구슬 올림 구슬을 동시에 떨어뜨렸을때 어느 미끄럼틀의 구슬이 빨리 내려오는지 관찰해봄

눈으로 비교가 어려울 시 소리로 확인해봄 => 원보다 납작한 모양의 사이클로이드가 그려짐 직선 미끄럼틀보다 사이클로이드 미끄럼틀에서 더 빨리 떨어짐

2, 등속운동을 하는 구슬을 관찰해봅시다.

미끄럼틀 앞에 쌓기나무와 전선 몰딩을 이용해 구슬이 굴러갈 레일을 만듬 전선 몰딩 위로 굴러가는 구슬을 모션 캡쳐 어플을 이용해서 사진을 찍어서 같은 시간 동안 이동하는 거리를 비교해봄 => 사이클로이드의 크기, 구슬의 질량에 상관없이 구슬은 몰딩 위에서 등속 직선 운동을 함