성보고 임승훈
활동 보고서
임*훈
2024-10-26
자유낙하운동 1.실험목표 우리가 이론으로 아는 중력가속도와 직접 측정했을때의 중력가속도가 일치하는지 이 아두이노를 사용한 자유낙하운동으로 알아보기 2.준비물 아두이노 우노 점퍼선 브레드보드 적외선 감지 센서 충격감지센서 LCD 3.사전학습 자유낙하운동이란?? 자유낙하운동은 중력의 영향을 받는 물체가 외부 힘에 영향을 받지 않고 자유롭게 떨어지는 운동입니다. 공중에 있는 물체가 수직으로 아래로 가속되며 속도가 증가하는 운동을 의미하며, 중력에 의해 발생됩니다. 자유낙하운동에서 물체의 초기 속도는 0이며 중력의 가속도에 따라 점점 빨리 가속됩니다. 이 때 지구의 중력 가속도는 약 9.8m/s²이며 자유낙하운동에서 물체는 시간에 따라 일정한 가속도로 추락합니다. 추락 운동에서 물체의 이동 거리는 시간의 제곱에 비례하여 증가합니다. 따라서, 자유낙하운동은 중력만이 작용하는 상태에서 발생하는 운동으로, 초기 속도 없이 시간에 따라 등속적으로 가속되어 운동하는 현상입니다. 4.실험방법 적외선 센서를 1m~1.5m 높이의 벽에 설치합니다. 암수점퍼선을 5~6개 연장하여 사용합니다. 충격 감지 센서를 적외선 센서와 수직이 되도록 바닥에 설치합니다. 적외선 센서, 충격 감지 센서가 올바르게 작동 되는지 확인합니다. 적외선 센서에서 충격 감지 센서로 물체를 수직으로 떨어뜨립니다. 각 센서가 반응한 시간을 측정해 물체의 운동 시간과 중력을 구합니다 5.주의사항 충격감지센서가 부서지지않게 잘 보호해줘야합니다 정확한 측정을 위해 줄자를 사용해 길이를 측정합니다 회로가 복잡하니 틀린 회로 구성이 없는지 확인합니다 코드 실행 전 컴파일링 후 에러가 없는지 확인합니다 6.실험 결과 저희는 세 번 중력가속도를 구해봤는데요 첫 번째는 10.7 두 번째는 10.3 세 번째는 10.2 가 나왔습니다 평균을 구해보니 10.4라는 평균이 나왔는데요. 저희가 알고있는 중력가속도 이론값인 9.8과는 오차가 0.6이 나왔습니다 근데 저희가 측정할때 오류가 몇 번 나왔는데요. 먼저 중력가속도가 너무 작게 나오는 경우였습니다 충격감지센서나 적외선 감지센서 둘 중 어느 하나가 반응이 안되면 시간이 길어져 중력가속도가 엄청 작게 나왔습니다 이건 단순하게 기계에 인식이 안되서 그런것이겠죠 하지만 중력이 막 2900이 나오는등 엄청나게 큰 숫자가 나오기도 했습니다 이건 시간이 거의 0에 수렴해야 나올 수 있는 수치입니다 저는 이렇게 크게 나오는 이유를 추론해봤습니다 정말 낮은 확률이지만 저희가 적외선 센서 감지 이후에 정말 찰나의 순간에 충격감지센서가 감지된 것입니다. 그럼 거의 시간이 0에 수렴하기 때문에 중력이 무지막지하게 크게 나오겠죠 하지만 쎄게쳐도 인지가 안될 때도 있는데 그냥 지나가는 바람이나 잡다한 먼지 때문에 센서가 감지되었다고 보기에는 좀 어려운면도 있습니다. 하지만 다른 기계 작동 오류로 보기에는 코딩을 컴파일링 했을 때 오류가 없었고 또 다음 실험에서는 작동이 잘 되었기 때문에 오류가 있다 보기는 어려울 것 같고 그저 우연치 않게 충격 감지 센서가 발동된 것으로 해석할 수 있습니다. 7.소감 아두이노에 대해 조금더 자세히 알게되는 시간이였다 사실 아두이노로 이렇게 섬세한 실험을 할 수 있을거라고 생각하지는 못했는데 회로를 이리조리 끼워 맞추다 보니 결국 이런 실험까지 할 수 있다는 거에 대해 조금 충격받았다 그리고 실험결과에 대해서 이야기해보자면 전부다 10초대가 나왔는데 그럼 물체가 아래로 떨어지는 동안 위로 공기저항을 받았다는 의미이다. 그래도 오차가 1초안으로 나오는 걸 보면 공기저항의 힘이 중력보다는 훨씬훨씬 약한 것 같다. 아 그리고 실험하다가 말도 안되는 실험결과들이 몇 번 나왔는데 집에 와서 왜 이렇게 나왔을까 생각해보는 시간도 의미있는 시간이였다. 이 아두이노를 활용해 대기의 산소농도나 미세먼지 농도등을 구해 환경오염관련된 심화탐구도 해볼수 있겠단 생각을 했다 스트로보스코프 실험 1.실험목표 이 스트로브스코프를 사용한 시각효과를 보기위해 2.준비물 아두이노 우노 브레드 보드 점퍼선 단색LED 저항 택트 스위치 3.사전학습 일반적으로 사람의 눈은 모든 순간을 감지할 능력이 없으며, 평균 1초당 12프레임을 감지할 수 있습니다. 이러한 특징을 이용하여 일정한 속도로 움직이는 물체에 일정한 주파수의 빛을 비추게 되면, 움직이고 있는 물체를 멈추거나 반대 방향으로 움직이는 것처럼 보이게 할 수 있습니다. 영화나 TV 등 화면을 통해 장면을 보내는 속도와 물체가 움직이는 속도를 맞추어도 같은 효과를 나타낼 수 있습니다. 4.실험방법 아두이노를 PC에 연결하여 포트설정이 되어 있는지 확인 합니다. 아두이노의 GND를 브레드보드와 연결합니다. 택트 스위치를 브레드보드에 연결하며, 각각 GND, 2번핀과 3번핀에 연결합니다. 브레드보드에 단색 LED의 짧은 다리 ( - )에 GND와 저항을 연결하며, 긴 다리( + )는 13번 핀에 연결합니다. 아두이노에 5V FAN의 5V, GND에 연결합니다. 아두이노 스케치에 코딩 후 업로드를 클릭해 스트로보스코프 실험을 진행합니다. 5.주의사항 주파수가 잘 맞지 않으면 시각 효과가 잘 일어나지 않을수 있으므로 수시로 주파수를 조종해야한다 최대한 어두운 곳에서 해야 시각 효과가 잘 나타난다. 6.실험결과 초기주파수의 값으로 실험해봤을때 거리에 따라 착시현상이 잘 되기도하고 잘 안되기도 해서 스위치를 이용해 주파수의 값을 바꿨고 코딩을 통해 바뀌는 것을 확인하였다. 이 현상은 빛이 제한되어야 잘 보이는데 주변환경때문에 거리에 따라 착시가 잘 되기도하고 안되기도 하는것 같다. 7.소감 처음에 회로가 복잡해서 회로를 구성하는데 시간이 조금 많이 걸렸고 또 회로를 많이 틀려서 힘들었지만 친구와 회로를 비교하면서 고쳐나갔다. 또한 처음에 팬만 봤을때는 시각효과가 잘 나타나지 않았지만 스티커를 붙어 좀 더 확실한 시각효과를 얻었다. 또한 이 효과를 이용하여 움직이지만 움직이지 않는 것처럼 보이는 현대건축물을 만들어보고 싶다.