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자유낙하운동 실험하기 1. 사전 학습 1) 자유낙하 운동 중력의 영향을 받는 물체가 외부 힘에 의해 영향을 받지않고 떨어지는 운동입니다 2) 속도 계산 방법 자유낙하운동의 속도는 시간에 비례하기 때문에 중력가속도 x 시간으로 계산됩니다 (이때 중력 가속도는 약 9.8m/s입니다) 3) 중력계산 물체가 자유낙하 할 때 물체의 위치 에너지는 모두 운동 에너지로 변하므로 1/2mv2=mgh를 만족합니다.이 때, v=gt, 1/2mg2t2 = mgh이고, 1/2gt2 = h, g = 2h/t2이 됩니다. 2. 실험 도구 아두이노 우노, 점퍼선, 브레드보드, 적외선 감지 센서, 충격 감지 센서, LCD 3. 실험도구 설명 1) 적외선 감지센서 적외선 LED에서 적외선을 방출하고 물체에 부딪쳐 반사된 적외선으로 물체를 감지합니다 물체가 떨어질 때 시작시간을 기록하는 역할을 합니다 2) 충격 감지 센서 충격 등을 감지 하는 센서이며, 물체가 바닥에 닿았을 때 충격을 감지합니다 물체의 운동 종료 시간을 알 수 있습니다 3) LCD 실험 결과 값을 출력합니다 물체의 속도 변화와 운동 시간을 알 수 있습니다 4) 아두이노 GND - (-)극 3.3v, 5v - (+)극 코드를 꼽을 때 위치가 중요 아날로그핀- 연속적인 값 디지털씬- 값이 0또는 1 usb포트를 컴퓨터에 연결 하면 명령과 전원이 공급됩니다 4. 실험과정 1) 아두이노를 PC에 연결합니다 2) 아두이노에 적외선 감지 센서 GND, VCC, OUT에 연결합니다 3) 아두이노 앱에 코딩한 것을 업로드 하여 감지센서가 작동하는지 확인해야합니다 (이때 LED에 불이 들어오면 잘 연결된 것입니다) 4) 적외선 감지센서와 충격 감시 센서를 아두이노와 브레드보드에 점퍼선을 통해 연결합니다 5) 충격감지 센서가 작동하는지 확인합니다 (충격 감지 센서에 충격을 주었을 때 그 충격이 인식되면 LED 켜집니다) 6)LCD를 연결한 후 화면에 글자가 보이는지 확인합니다 7) 적외선 센서를 1m~1.5m 높이의 벽에 설치합니다. ( 암수점퍼선을 연장하여 사용합니다) 8) 충격 감지 센서는 바닥보다 조금 위에 설치합니다. 9) 적외선 센서에서 충격 감지 센서로 물체를 수직으로 떨어뜨립니다. 10) 각 센서가 반응한 시간을 측정해 물체의 운동 시간과 중력을 구합니다. 실험결과 1차:11.6m/s2 2차:9.86m/s2 3차:9.21m/s2 4차:10.7m/s2 평균:10.3m/s2 소감 아두이노를 통해 자유낙하실험을 해보았을 때 평소에 이론으로만 배우던 중력가속도를 실제 실험을 통해 확인함으로써 개념에 대해 더 잘 이해할 수 있었습니다 아두이노를 활용하여 센서로 물체의 낙하 속도를 측정하고, 낙하하는 동안의 가속도를 계산하여 값이 나오는 과정에서 데이터가 물리 이론과 어느정도 비슷한 값이 나오는 것이 신기하고 흥미로웠습니다 아두이노와 센서 간의 연결을 하는 과정에서 잘못 연결하여 어려움으로 겪었었는데, 다시 천천히 틀린 부분을 확인하여 모둠원들과 함께 해결해나가는 과정에서 작은 오차가 전체에 문제가 생길 수 있다는 것을 실험을 통해 배움으로써 아두이노와 센서 간의 연결의 정확성과 모둠원들과의 협력이 중요함을 깨달았습니다. 자유낙하 운동의 가속도가 왜 항상 9.8m/s로 정해져있는지 궁금했는데 이 실험을 통해 그 궁금점을 해결할 수 있었던 계기가 되었고, 아두이노를 통해 다양한 실험을 해보고 싶다는 생각이 들게 만들어준 좋은 경험이었습니다