"과학문화교육"

2008-09-25 (Vol 5, No 9)

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모든 사람의 과학문화 활동

[과학시범] 전자 저울의 가속 운동

목표 :
가속 운동에서의 관성력에 의한 무게의 변화를 이해한다.

준비물 :
전자 저울(최대 200 g, 최소 눈금 1g)

수업 진행 및 이론 설명:
수직 방향으로 물체를 가속하면 물체는 상하 방향으로 관성력을 받게 되어 무게가 변하게 된다. 학생 한명을 앞으로 나오게 하여 저울의 눈금을 읽도록 하면서 시범 실험을 한다. 저울의 개수가 확보 되면 각 조별로 활동을 하여도 된다.
저울 위에 300 g 정도 되는 물체를 올려 놓고 질량을 측정한다. 저울과 물체를 수직 위로 가속 시키면서 저울의 눈금이 얼마로 되는지 확인한다.

이 경우 첨부의 그림과 같이 위로 가속이 되면 물체에는 아래 방향의 관성력이 작용하여 무게가 늘어나게 된다. 저울에 나타나는 무게(W)는 중력(mg) + 관성력(ma) = 합(m(g+a)) 이다 따라서 W = m(g+a) 이며 이때 가속도의 크기 a = W/m - g 이 된다.

실험 예 : 320 g 의 돌멩이를 이용한 실험에서 저울을 양손으로 배꼽 근처에 들고 있다가 갑자기 가슴쪽으로 들어 올렸을 때 순간적으로 460 g 까지 증가하였다. 이때 가속도 a = (460 g * 980 cm/s2 )/(320 g) - 980 cm/s2) = 429 cm/s2 이다.
같은 실험을 아래 방향으로 가속되도록 하면 저울의 눈금이 어떻게 될 것인지 학생들에게 예견하도록 한다. 도우미가 눈금을 읽도록 하고 실험 결과를 칠판에 기록하고 가속도의 크기를 계산하여 본다.

저울에 나타나는 무게 W = mg - ma = m(g-a) 이다. 따라서 a = g - W/m 이다.

실험 예 : 위의 실험 예와 같은 물체를 갑자기 아래로 내렸을 때 저울 눈금이 200 g 으로 표시 되었다. 이때 가속도 a = 980 cm/s2 - (200 g * 980 cm/s2)/(320 g) = 368 cm/s2 이다.

<적용 학년>
이 활동은 중학교 2학년의 가속도 운동 과정에서 활용할 수 있다.

첨부
웹진2-3전자저울의_가속운동200809[1].hwp

조영신
강원대학교

과학문화교육연구소