장난감 벼랑이(합력과 운동)

1. 이 활동은

책상의 끝으로부터 적당한 거리에 벼랑이를 놓고 추를 매달아 벼랑이가 움직이게 하는 것이다. 벼랑이가 움직일 때, 책상 끝으로부터의 거리에 따라 수직항력과 마찰력이 달라져 벼랑이가 멈추게 된다. 이러한 벼랑이의 운동을 설명할 수 있게 하거나, 벼랑이가 멈추는 순간의 마찰력 또는 수직항력을 구하는 것이다.

2. 준비물

벼랑이, 실, 추

3. 활동 과정

가. 벼랑이를 실험대 위 난간으로부터 적당한 거리에 놓고 추가 달린 실을 아래로 길게 늘어뜨린 후 걸어갈 수 있도록 가볍게 쳐 줌으로써 아장아장 걸어가던 벼랑이가 난간에서 멈추게 되는 것을 시연한다.

나. 벼랑이를 각 조별로 준비하여 책상 끝에서 멈추게 되는 것을 경험하게 한다.

다.  활동지의 질문에 답하게 하고 정리한다.

4. 질문 및 답안 예시

가. 그림과 같이 나무 도막의 중앙에 긴 못을 박고 실험대 면으로부터 높이가 20cm되는 곳에 추가 달린 실을 연결한다.

N

T

W

f

T1

T2

추를 실험대 바닥 쪽으로 늘어뜨리고 나무 도막을 난간 가까운 곳에서부터 적당한 간격으로 뒤로 물리면서 손을 가만히 놓아보며 움직일 듯 말 듯 하는 순간을 찾는다. 나무 도막이 움직이는 순간 나무도막과 난간까지의 거리가 L이면, tanθ는 얼마인가?(단, 수평면과 실과의 각은 θ이다.)

➜ [eqn: tan theta = {20} over {L}]

나. 나무도막에 줄을 연결하여 추를 매단다. 난간으로부터 서서히 뒤로 물러서며 가만히 놓아보는 실험을 하였더니 난간으로부터 20cm되는 부분에서 움직이지 않던 나무도막이 움직이기 시작했다. 이 나무도막과 실험대 면과의 최대정지마찰력은 몇 N인가?(단, 추의 질량은 0.1kg이며 수평면으로부터 실이 묶인 곳까지의 높이는 20cm이며, 중력가속도는 10㎨이다.)

➜ [eqn: mgcos theta = {sqrt {2}} over {2}]