등속직선운동

[제비꼬리]

속력이 일정한 운동의 분석

1. 개관

우리가 주변에서 보는 물체의 운동은 대부분 속력이 일정하지 않지만, 때로는 속력이 일정하게 운동하는 경우도 있다. 직선으로 곧게 뻗은 고속도로에서 자동차가 일정한 빠르기로 계속 달릴 때 자동차의 바늘이 80을 가리키고 있다면 이 자동차는 80km/h의 속력으로 달리고 있는 것이다. 이와 같이 물체가 직선상에서 일정한 속력으로 운동할 때, 이러한 운동을 등속 직선 운동 또는 등속도 운동이라고 한다. 백화점, 지하철역의 에스컬레이터, 공장의 컨베이어벨트 등은 등속도 운동을 한다.

2. 탐구목표

다중 섬광 사진을 통해서 속력이 일정한 물체의 이동거리, 속력, 시간사이의 관계를 구할 수 있다.

【준비물】드라이 아이스통, 드라이 아이스, 다중 섬광 장치, 모눈종이

?? 유의점

가. 드라이 아이스를 맨 손으로 만지지 않도록 주의한다.

나. 미끄러운 수평면상에서 실험을 진행한다.

3. 탐구과정

가. 암실을 만들고 다중 섬광 장치를 설치하여 드라이 아이스통에 드라이 아이스를 채운다.

나. 드라이 아이스통의 간격을 정확히 측정하여 그 결과를 표로 정리한다.

다. 통의 속도 v와 시간 t의 관계를 그래프를 그려본다.

라. 통의 이동 거리 s와 시간 t의 관계를 그래프로 그려 본다.

4. 탐구정리

 <일정한 속력으로 운동하는 드라이 아이스 통의 다중 섬광 사진>

가. 위의 그림을 이용하여 드라이 아이스 통의 운동을 표에 기록해 보자

시간(s)	0		0.1		0.2		0.3		0.4		0.5		0.6
위치(m)
이동 거리(m)
속도(m/s)

나. 표를 이용하여 시간-속력 그래프, 시간-거리 그래프를 그려 보자.

다. 시간-거리 그래프에서 기울기는 얼마이며, 이것은 무엇을 나타내는가?

 ☞ 위 그래프에서 기울기는 1.25m/s이며, 이것은 속력을 의미한다.

라. 시간-속력 그래프에서 그래프와 두 축으로 둘러싸인 넓이는 얼마이며, 이것은 무엇을 나타내는가?

 ☞  이동 거리(s) = 속력(v) × 시간(t) 이므로 드라이 아이스 통의 이동거리를 의미하며, 0.6초동안 이동거리는 75cm이다.

마. 이와 같은 상태로 계속 운동할 때, 10초 후의 속력은 몇 m/s가 되는가?

☞ 등속 직선 운동이므로 10초후의 속력도 1.25m/s이다.

바. 10초까지 이동한 거리는 얼마인가?

☞  이동 거리(s) = 속력(v) × 시간(t)에서 s=1.25(m/s)×10s=12.5m이다.

5. 연구과제

가. 탐구활동 내용을 보고서로 작성하여 제출하게 한다.

나. 속도와 시간의 관계 그래프 및 이동 거리와 시간의 관계 그래프로부터 알 수 있는 것에 대하여 토의해 보자

☞ 물체의 속도  v와 시간 t의 관계 그래프에서 그래프와 두 축으로 둘러싸인 넓이는 물체의 이동거리 s를 나타내고, 물체의 이동거리 s와 시간 t의 관계 그래프에서 그래프의 기울기는 물체의 속력를 나타내는 것을 알 수 있다.

6. 참고자료

· 다중 섬광 장치

  네온이나 크세논 램프의 방전관을 이용하여 빠른 시간 간격으로 빛을 발생하게 하여 연속 사진을 찍는 다중 섬광 장치를 나타낸 것이다.

  이것을 이용하여 1초에 수 회 또는 수십 회의 섬광을 운동하는 물체에 비추면, 빛을 받는 순간 물체의 상이 찍히므로 한 장의 필름에 운동하는 물체가 연속적으로 찍힌 여러 개의 상을 얻을 수 있다. 이 상은 일정한 시간 간격으로 찍힌 것이므로 시간기록계에 의해 얻어진 종이테이프와 같이 물체의 운동 상태를 기록한다.   이 때 인접한 두 상 사이의 시간은 다중 섬광 장치의 계기상에 나오므로, 두 그림 사이의 거리를 재면 물체의 속력과 가속도를 알 수 있다.

· 드라이아이스 통

  아래쪽에 구멍이 있는 통 속에 드라이아이스를 넣으면 이 드라이아이스가 승화하여 기체 이산화탄소가 되고, 이 기체가 통 밑의 작은 구멍을 통하여 나오게 되어 있다.

  이 통을 미끄러운 바닥에 놓으면 바닥과 통 사이에 기체층이 형성되어 마찰력이 거의 작용하지 않게 된다. 이 때, 통을 조금만 밀어도 통은 등속도 운동을 한다.

■·등속 직선 운동

  물체가 일정한 빠르기로 운동하는 것을 등속 직선 운동이라 하며 이 때 이동한 거리 s = vt 이다.

  위의 세 그래프는 모두 등속 직선 운동을 표현하는 그래프들이다. s-t 그래프에서 기울기는 속도를 의미하는데, 기울기가 일정하므로 속도이 일정한 등속 운동임을 알 수 있다. v-t 그래프에서는 기울기가 가속도를 의미하는데, 기울기가 0이므로 가속도가 없는 운동, 즉 등속운동이다. 또한 a-t 그래프에서 가속도가 0이므로 등속 운동임을 알 수 있다.

[출처] 등속운동 |작성자 스타트

[溫流]

등속직선운동을 하는것들중에는 무빙워크, 컨베이어벨트, 등이 있죠