코풀 커뮤니티

수도여고 이현지

활동 보고서

이*지

2024-10-28

자유낙하 실험 1. 실험 목표 자유낙하운동의 원리를 알아보고 아두이노와 적외선 감지 센서, 충격 감지 센서를 이용하여 중력과 자유낙하 속도 확인하기 2. 준비물 아두이노 우노, 적외선 감지 센서, 충격 감지 센서, 점퍼선, LCD, 브레드 보드 3. 사전학습 자유낙하운동은 물체가 외부 힘에 영향을 받지 않고 자유롭게 떨어지는 운동으로 중력에 의해 발생된다. 물체의 초기 속도는 0에서 중력의 가속도에 따라 점점 더 빨리 가속된다. 이때 지구의 중력 가속도는 약 9.8m/s²이다. 아두이노를 이용하여 자유낙하 운동을 실험하여 중력 가속도를 구할 수 있다. 적외선 감지 센서는 물체를 감지해 물체의 운동 시작 시간을 구하고 충격 감지 센서로 물체가 떨어져 운동 종료 시간을 구할 수 있고 이를 아두이노와 PC에 연결하여 값을 알 수 있다. 4. 실험 방법 적외선 센서를 암수점퍼선 6개를 연장하여 사용하여 1m~1.5m 높이의 벽에 설치한다. 충격 감지 센서를 적외선 센서와 수직이 되도록 바닥에 설치한다. 적외선 센서에서 충격 감지 센서로 물체를 수직으로 떨어뜨린다. 각 센서가 반응한 시간을 측정해 물체의 운동 시간과 중력을 구한다 5. 주의사항 충격 감지 센서에 과도한 충격 주지 않기 작동하지 않는다면 가변저항 돌려보기 6. 실험결과 자유낙하운동 실험을 여러 번 진행하고 결과값의 평균을 구해본다. 첫 번째 낙하 실험에서는 11.0m/s²가 나왔고 두 번째 실험에서는 11.5m/s²가 나왔다. 마지막 실험에서는 좀 더 높은 곳에서 던지자 10.6m/s²로 이론값과 가장 가까운 값이 나왔다. 세 값의 평균은 11m/s²로 이론값과 오차는 1.2이 나왔다. 이론값과의 오차 원인은 진공 상태가 아닌 곳에서 실험했기 때문에 공기 저항을 받을 수 밖에 없기 때문이다. 7. 소감 아두이노는 다양한 센서를 제어하고 모터 구동, LED 작동 여러 복잡한 프로젝트를 구현하며 우리 생활 속에 활용된다는 것을 알게 되었다. 아두이노 우노 보드의 구조에 대해 배우며 GND가 -극을 의미한다는 것을 알게 되었다. 아두이노를 이용하여 자유낙하운동 실험을 하는 과정에서 센서를 아두이노 보드에 연결하고 컴퓨터 코드를 실행시키는데 어려워 많은 시간이 걸렸지만 적외선 감지 센서, 충돌 감지 센서의 역할을 파악하고 속도를 계산하는 코드도 알게 되었다. 자유낙하운동 실험을 할 때 계속 11점대 중력 가속도가 나오다가 마지막에 10점대가 나왔는데 10점대 중력 가속도만 나와도 아주 잘한 것이라는 선생님의 말씀을 통해 비록 시간이 걸렸지만 실험에 성공하여 직접 중력 가속도를 구했다는 성취감이 들었다. 마침 진로가 공학분야인데 이번 활동으로 프로그래밍의 기초를 배우고 실험하여 미래 진로를체험하게 되어 유의미하고 신선함을 느낄 수 있는 시간이었다. 스트로보스코프 실험 1. 실험 목표 스트로보 효과를 알아보고 실험통해 스트로보 효과 관찰하기 2. 준비물 아두이노 우노, 브레드보드, 점퍼선, 단색 LED, 저항 220옴, 텍트스위치 2개, 5V FAN 3. 사전학습 스트로보 효과란 빛 또는 이미지가 끊어졌다가 이어지는 현상을 반복적으로 빠르게 보여줌으로써 움직임이 멈춘 것처럼 보이게 하는 효과이다. 바퀴의 움직임으로 예를 들면 바퀴가 움직일때 실제 회전 방향과 다르게 멈춰 있거나 혹은 거꾸로 도는 현상이다. 일반적으로 사람은 1초당 12프레임을 감지할 수 있어 이를 이용하여 일정한 속도로 움직이는 물체에 일정한 주파수의 빛을 비추게 되면, 움직이고 있는 물체를 멈추거나 반대 방향으로 움직이는 것처럼 보이게 할 수 있다. 주파수가 높아질수록 스트로보 효과의 속도가 빨라지고 낮아질수록 느려진다. 4. 실험 방법 아두이노를 브레드보드와 PC에 연결한다 브레드보드에 텍트 스위치, 단색 LED, 저항 등을 연결한다. 아두이노 스케치에 코드 입력하고 업로드한다. LED를 5V 팬에 비춰 스트로브 현상을 관찰한다. (텍트 스위츠를 눌러 주파수를 변경하면서 확인한다) 5. 주의사항 5V 팬에 손가락이 닿지 않게 조심하기 6. 실험결과 LED를 5V 팬 중앙에 비췄을때 팬이 돌아가다가 멈추고 반대 방향으로 회전하는 것을 관찰할 수 있었다. 코드 값을 변경하여 주파수를 높였을 때는 반대방향으로 회전하는 팬의 속도가 더 빠르고 주파수를 낮췄을 때는 팬이 더 느리게 회전하는 것을 확인했다. 7. 소감 어렸을 때 선풍기를 계속 쳐다보면 선풍기 팬이 멈춰 보이다가 나중에는 반대방향으로 회전하는 것처럼 보여 호기심을 품고 있었다. 이번 실험으로 이러한 현상에 대한 해답을 알게되어 의미있는 시간이었다. 움직이는 물체를 멈춰 보이는 스트로보 효과가 주파수에 연관이 있다는 것을 알게 되었고 주파수와 스트로보 효과의 속도가 비례한다는 것을 알게 되었다. 스트로보 효과로 한 번의 완전한 사이클을 나타내는 시간인 주기가 스트로보 효과에서의 주파수의 역수로 계산할 수 있는 것을 배우고 물리1 3단원에서 배우고 있는 부분과 유사하다고 생각했다. 이러한 스트로보 현상으로 착시현상을 일으켜 산업현장에서 여러 사고를 일으킨다는 것이 끔찍했고 사고를 막기위한 방안에 대해 고민하게 되었다.

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