■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	에어로켓-퍼즐형 발사각 조절			실험 원리	비스듬히던진 물체의 운동, 포물선 운동
실험 시간	조작만 약20분 발사활동 별도	실험 분야	물리	실험 방법	개별 실험
세트구성물	EVA 퍼즐형 발사대, 투명호스, 빨대, 플라스틱병, 날개도안, 일회용스포이트, 양면테이프
교사준비물	자(줄자-수평도달거리 측정용)			학생준비물	가위, 자, 유성펜, 투명테이프
실험 결과	에어로켓(발사대+로켓3개)를 완성하고, 직접 쏘아봅니다.
실험팁	TIP 1. 플라스틱병 뚜껑 주둥이를 가위로 자를 때는 가위로 단단히 잡고 뚜껑을 돌리면 더 쉽습니다. TIP 2. 세게 눌렀을 때 거의 10m 이상 날아갑니다. 실내에서는 힘조절을 해야합니다. TIP 3. 발사체는 가볍고 안전한 일회용스포이트이지만 사람을 향해 쏘지않도록 주의지도하십시오. TIP 4. 로켓의 날개무늬를 따라 조금 자르면 화살촉 모양의 날개가 됩니다.

에어로켓 대회가 개최되었습니다!!

다른모든 조건이 같을 때 다음 발사각에 따라 수평도달거리가 어떻게 다를지 예상하여 순위를 매겨봅시다.(발사체가 발사되어 나가는 선과 수평면이 이루는 각도를 발사각이라고 합니다)

0도부터 90도 까지 각도를 예상해 보도록 합니다.

가장 이상적인 각도는 45도 이지만 다양한 이유에서 다양한 각이 나올 수 있습니다.

원리학습 참조

발사각[ 發射角 , quadrant angle of departure]

1. 탄환이 총(포)구를 떠나는 순간 조준선과 총(포)신 축선이 이루는 수직각.

2. 탄환이 포에서 발사되어 나가는 선과 수평선 사이에 이루어진 각도.

[네이버 지식백과] 발사각 [發射角, quadrant angle of departure] (군사용어사전, 2012. 5. 10., 이태규)

포물선운동 [Motion of projectile] (물리학백과)

1등 사수의 지름길, 포물선운동

물체를 잡고 있다가 놓으면 물체는 지구가 끄는 힘에 의해 떨어진다.
떨어지는 물체의 가속도는 물체의 무게에 상관없이 일정한데, 이때의 가속도를 중력가속도(g)라 한다.

물체를 옆으로 던짐과 동시에 다른 물체를 자유낙하시킬 때 어느 물체가 먼저 땅에 떨어질 것인가? 옆으로 던진 물체는 옆으로 가려고 바쁘기 때문에 아래로만 떨어지는 물체보다 느리게 떨어질 것 같은 기분이 든다. 하지만 자연은 우리의 생각대로 움직이지 않는다. 옆으로 가는 것은 가는 것이고 아래로 떨어지는 것은 옆으로 가는 것과는 무관하게 떨어진다.

그래서 자유낙하하는 물체가 1m 떨어지면 옆으로 던진 물체는 옆으로 가면서 1m 아래로 떨어진다. 자유낙하 물체가 땅에 닿으면 옆으로 던진 물체도 역시 땅에 닿는다. 던진 위치에서 얼마만큼 멀리 가느냐 하는 것은 처음 얼마나 빠른 속력으로 던졌느냐에 달려 있다. 속력이 클 때는 멀리 가서 동시에 떨어질 것이고 속력이 작을 때는 가까이에서 동시에 떨어진다.

방아쇠를 당기면 한 개의 공은 아래로 자유낙하하고 다른 공은 수평 방향으로 떨어진다.

이를 정량적으로 분석하면 다음과 같다. 물체를 x방향으로 υ라는 속력으로 던졌을 때, x방향으로는 등속직선 운동하고 y방향으로는 자유낙하하는데 그 두 방향이 서로 간섭 없이 독립적으로 진행된다. 따라서 t초 후에 x방향으로의 이동거리(x좌표)는 υt이며, y방향으로의 이동거리(y좌표)는 t초간 자유낙하한 거리이므로 -4.9t2이다. (-)는 아래로 운동했다는 뜻이므로, x, y 사이의 관계를 구해보면 그 물체가 지나가는 자취(궤도 방정식)를 알수 있고, 이는 매개변수 t를 소거하면 된다.

를 에 대입하면 이 된다.

이는 x에 관한 2차 함수이므로 포물선이다.

수평 방향으로 의속력으로 던진 물체는 포물선 궤도를 그리며 날아간다.

또, 꼭짓점은 원점이고 2차항의 계수가 음수인 것으로 보아 위로 볼록한 포물선이다. υ가 크면 2차항의 계수가 작아지고 뚱뚱한 포물선이 될 것이고, υ가 작으면 2차항의 계수가 커져(사실은 절댓값이), 홀쭉한 포물선이 된다. 장난꾸러기 남자 아이가 다리 위에서 오줌을 눌 때 오줌의 속도가 크면 그 오줌이 그리는 포물선이 뚱뚱한 형태로 되고, 속도가 작으면 바로 떨어지기 때문에 홀쭉한 포물선이 된다는 사실을 감안할 때 위에서는 이를 물리적으로 따져서 확인한 것이 된다.

초속도가 다른 물체의 운동앞으로 나아가는 것은 초속도의 영향을 받지만 아래로 떨어지는 시간과 거리는 수평 방향의 초속도와 상관이 없다.

[네이버 지식백과]1등 사수의 지름길, 포물선운동 (고교생이 알아야 할 물리 스페셜, 2002. 3. 5., 신근섭, 이희성)