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고등학교(과학탐구실험)26

총알 속도 측정 실험(탄동진자) - 운동량보존법칙, 에너지보존법칙 총알의 속력을 어떻게 측정할 수 있을까? 운동량 보존법칙과 에너지 보존법칙을 이용하면 총알의 속력을 측정할 수 있다. 실제 초기에 만들어진 총의 경우 매달린 나무토막에 쏴서 총알 속력을 측정 했다고 한다. 학교에서는 BB탄 권총과 고무찰흙을 이용하여 BB탄 총알 속력을 측정하는 실험을 하는 경우가 많다. 필자도 따라 해 봤는데 문제가 있다. BB탄총은 생각보다 위험하다. 보안경을 쓰고 주의를 준다 해도 위력이 강해 많은 학생들을 대상으로 여러반에서 반복 실험을 하다 보면 사고가 날 확률이 높아진다. 그래서 좀 더 안전한 실험으로 개선해 보았다. BB탄 총알과 고무찰흙은 비탄성충돌이어야 한다. BB탄 보다 안전한 다트총알을 사용하고 구하기 쉬운 작은 종이컵(소주잔 크기)에 스티커를 붙여 비탄성충돌 실험이 .. 2023. 1. 3.
물병 세우기(Bottle flipping) 과학적 원리-각운동량, 탄성력 병 뒤집기 (Bottle Flipping)는 일반적으로 물이 채워진 플라스틱병을 공중으로 던져서 한 바퀴 회전시킨 후 바닥에 똑바로 세우는 놀이다. 빈 병이나 물을 가득 채운 병으로 하면 잘되지 않는다. 또 물병을 제자리에서 떨어뜨려도 성공하기 쉽지 않다. 병을 회전시키는 이유는 뭘까? 거기에는 어떤 과학적 원리가 들어가 있을까? 잘 구성하면 탐구 활동 수업도 가능하다. 우선 초고속으로 촬영한 영상을 보여주고, 관찰한 사실들을 최대한 많이 기록하게 해 보자. 병이 회전 속도, 병 속에 들어있는 물의 움직임 등등... https://youtu.be/3neWn4FNuzU 1. 반발력(탄성)을 줄이는 효과? 필자가 찾아낸 첫 번째 원리는 반발력에 관한 것이다. 기존 자료에서는 각운동량에 관한 이야기가 주로 나.. 2022. 12. 25.
페트병으로 초간단 헤론 분수 만들기(수압,기압) 헤론 분수 는 AD 1세기의 발명가이자 수학자이자 물리학자인 알렉산드리아의 헤론(알렉산드리아 의 영웅이라고도 함)이 발명한 분수다. 지금처럼 전기장치가 없던 시절에 물의 위치에너지를 이용하여 수압차이와 기압차이를 이용해서 오랫동안 뿜어져 나오는 분수를 만들었다. 페트병을 이용해서 간단하게 헤론 분수를 만들고 원리를 탐구해 보자. 일단 동영상을 보자 https://youtu.be/EPq_sIrniOE : 페트병 3개, 이탄뚜껑(구멍이 2개 뚫린 이산화탄소를 이동시키기 위해 만들어진 페트병 뚜껑, ) 3개, 일회용 스포이트(1ml) 1개, 가위 비닐튜브(내경4X외경6mm) 2m 필요 : 50cmX3개, 25cm X2개로 잘라서 사용 * 비닐튜브나 스포이트를 끼울 때는 따뜻한 물에 담가 부드럽게 하거나, 볼펜.. 2022. 10. 19.
총알 속도 측정 가상실험(탄동진자) 총알 속도를 간단하게 구하는 탄동진자 가상 실험이다. 예전에는 실제로 이런 방법으로 총알 속력을 구하곤 했다. 가상실험에서 다양한 요소를 바꿔 가며 실험해 볼 수 있도록 만들었다. 아래 링크에 접속해서 가상으로 실험을 해보고 결과를 확인 해 보자. https://sciencej1.cafe24.com/html5/ballisticpendulum/ballisticpendulum.html 1. 총알의 속력을 구하는 과학적 원리 총알의 속력을 구하는 원리는 역학적 에너지 보존법칙과 운동량 보존법칙을 이용한다. 실험결과 나무도막(총알포함)이 얼만큼 올라갔는지를 측정하면, 위치에너지를 알 수 있고, 그 위치에너지를 이용하면 나무도막(총알포함)이 가장 낮은 위치에 있을 때 운동에너지 즉 속력을 알아낼 수 있다. 총을 .. 2022. 8. 26.
진자운동 가상실험 학교에서 가장 쉽게 할 수 있는 실험이 진자 실험이다. 별 다른 도구 없이 학생들이 초시계(스마트폰이나 태블릿 이용해도 됨)를 가지고 측정을 통해 과학 탐구 실험을 하게 할 수 있다. 아래 링크에 접속해서 실행하면 된다. (컴퓨터나 스마트폰 사양에 따라 진자의 주기가 이론값과 약간의 차이가 생길 수 있다.) https://sciencej1.cafe24.com/html5/pendulum/pendulum.html 빈 종이를 주고 진자의 주기가 1. 실의 길이에 따라 어떻게 변하는지 2. 진폭(각도)에 따라 어떻게 변하는지 3. 추의질량에 따라 어떻게 변하는지 측정해 보게 할 수 있다. 나름대로 표를 만들어 직접 측정해 보면서 진자에 대해 탐구하게 할 수 있다. 참고로 주기를 측정할 때는 10번 반복하는 시간.. 2022. 8. 22.
앵그리 버드 게임 - 자유낙하와 수평으로 던진 물체의 운동 가상 실험 자유낙하와 수평으로 던져진 물체 비교 가상실험을 하기 전, 또는 한 후에 게임 형식으로 이론을 체험해 보자. 학생들은 이론을 현실에 적용하지 못하는 경우가 있다. 앵그리버드를 새총으로 날려서 돼지를 맞추는 게임이다. 그런데 똑똑한 돼지는 앵그리버드를 날리는 순간 나무에서 뛰어내린다. 아니 잡고 있던 가지를 놓고 자유낙하를 한다. 돼지를 맞추려면 어떻게 해야 할까? 나름대로의 전략을 짜서 돼지를 맞춰 보자. https://sciencej1.cafe24.com/html5/monkeyhunter/birdhunter.html 1. 속도를 15로 고정시킨 상태에서 돼지를 맞춰 보자. 2. 방향을 고정시켜 놓고 속도만 바꿔 가며 돼지를 맞춰 보자. 3. 방향과 속도를 변화시켜 가며 돼지를 맞춰 보자. 속력을 느리게.. 2022. 6. 5.
분광기 만들기- 분광필름 이용한 곽분광기 (택배박스 이용2) 분광기는 빛을 무지개처럼 색깔별로 나눠서 보는 도구다. 보통 불꽃반응을 통해 금속원소의 성분을 분석하거나, 천문학에서 별의 구성성분을 알아볼 때 사용한다. 물리에서는 빛의 합성을 이용한 모니터나 디스플레이 화면에서 RGB 색들이 어떻게 합성되어 있는지 확인할 때도 사용한다. 택배박스를 이용해서 분광기를 만드는 이유는 실험할때만 조립해서 관찰하고, 보관할 때는 펼쳐서 보관하기 위함이다. 학생들은 분광기를 엄청난 실험 도구로 착각하는 경우가 있다. 과학은 원리만 알면, 모든게 설명이 가능하다. 아래는 학생들에게 설명하는 방법이다. 먼저 동영상을 보자. https://youtu.be/hVO5UjPhX4Q 학생들과 분광기 만드는 수업을 할 때 맨 처음 이렇게 시작한다. ‘집에 분광기는 하나씩 키우고 있지? 설마.. 2022. 3. 19.
탐구활동-물의 양에 따른 경사면 굴리기 실험(에너지 보존) 병에 든 물의 양에 따라 경사면을 굴러 내려가는 속력이 달라 진다. 그래서 학생들과 모둠별로 쉽게 해 볼 수 있는 탐구 실험을 설계해 보았다. 초등학교에서는 단순하게 측정값을 이용해 그래프 그리는 실험을 해도 좋고 중·고등학교에서는 에너지 보존법칙을 배우고, 역학적 에너지에서 회전에너지 손실에 따라 운동에너지가 어떻게 변하는지 확인하는 실험을 해봐도 좋고 고등학교 물리에서는 관성모멘트 관련 실험으로 해도 좋을 듯 하다. 단 실제 실험해 보니 경사면 각도가 너무 크면 자유낙하 실험처럼 측정하는 시간이 짧아서 구별이 쉽지 않다. 또 너무 각도가 작으면 마찰력 때문에 잘 구르지 않는 경우가 생긴다. 경사면 각도를 3도 정도로 하면 좋다. 이 또한 학생들이 스스로 알아서 정하게 하고, 경사면 각도에 따라 실험결.. 2022. 2. 11.
물병, 얼린 병 과 다양한 병 경사면 굴리기 실험 물병과 얼린 병을 경사면에서 굴리면 물병이 빨리 굴러 내려간다. 그렇다면 다양한 병들을 굴린다면 어떤 병이 먼저 굴러 내려갈까? 다양한 병들을 준비해서 실험해 보기로 했다. 빈 병, 물이 절반 든 병, 물병, 절반만 얼린 병, 전체 얼린 병 아래 실험 영상을 보면서 비교해 보자. https://youtu.be/7KFWDvWYPdg 실험 결과는 아래와 같다. 1. 빈 병 빈 병 아래 그림처럼 회전 운동에너지(관성모멘트)를 비교해 보면, 속이 빈 원통이 속이 찬 원통보다 회전에너지가 더 크다. 즉 빈 병이 회전하는데 에너지를 가장 많이 사용한다는 걸 알 수 있다. 사실 이론적으로 모든 병의 질량이 같지 않기 때문에 정확한 실험이라고 보기는 어렵다. 하지만, 이 실험에서 질량은 거의 영향을 미치지 않는다(자유.. 2022. 2. 10.
물병과 얼린병을 회전시킬 때 회전에너지 비교 물병과 얼린병을 회전시키면 어떤 병이 회전시키기 힘들까? 이전에 물병과 얼린병 빗면 굴리기 실험에서 회전에너지만 따로 실험해 보기로 했다. 관성모멘드로 비교한 이전 실험 및 설명은 아래 링크 참고 https://sciencelove.com/2592 물병보다 얼린병을 회전시키는데 더 큰 에너지가 든다. 이유는 물병을 회전시키면 안에 있는 물은 잘 따라 돌지 않고 병만 회전하기 때문이다. 반면에 얼린병은 안에 있는 얼음까지 다 따라 돌기 때문에 회전시키는데 더 큰 에너지가 필요하다. 빗면에 굴리는 대신 병을 줄에 묶어 회전시켜 보기로 했다. 옷걸이 양쪽 끝에 줄을 묶고, 병 윗 부분에 연결한 다음, 병을 10번을 회전시켜 실을 감았다가 실이 다 풀릴 때 까지 걸리는 시간을 측정해 보았다. 회전에너지가 더 큰.. 2022. 1. 27.
삶은 달걀과 날달걀을 경사면에서 굴리면?(에너지 보존법칙) 에너지 보존 법칙으로 설명이 가능하다. 일단 동영상을 보자. 날달걀이 조금 더 빨리 굴러 내려가는 걸 알 수 있다. 달걀은 쉽게 깨지기 때문에 실험하기가 곤란하다. 그래서 삶은달걀 대신 얼린 페트병과 날달걀 대신 물이든 페트병을 가지고 실험해 보기로 했다. 결론부터 말하면 물이든 페트병 먼저 굴러 내려간다. 준비물이 간단하기 때문에 수업 시간에 해 봐도 좋다. 그런데 물을 미리 얼려 놔야 하는 어려움이 있다. 이론적으로 접근하면 많이 복잡할 수 있지만 중학교 수준에서 설명하면 다음과 같다. 1. 가장 쉬운 설명 에너지 보존법칙으로 설명하면 된다. (마찰력이나 공기저항은 무시할 수 있을 정도로 작다고 가정하고, 고려하지 않는 걸로 하겠다.) 그럼 에너지 보존법칙으로 설명이 가능하다. 초기 에너지는 위치에너.. 2022. 1. 26.
지시약 산성 염기성에서 색변화 관찰 가상실험 지시약 산성 염기성 색변화 관찰 가상실험 지시약 색변화를 가상으로 실험해 볼 수 있게 만들었다. 아래 링크에 접속해서 가상실험을 하면 된다. https://sciencej.cafe24.com/html5/indicator/indicator.html 프로그램을 실행시키고, 각각의 칸을 누르면 지시약 반응 후 색깔이 나온다. 다시하기를 눌러 반복 학습 하면서 자연스럽게 외우면 좋다. 학생들이 학습할 때 의미있는 활동을 하게 하기 위해 우측 하단에 시험도전 기능을 추가했다. 학생들은 시험도전을 누르고 들어가면 자신이 알고 있는 것을 테스트해 볼 수 있다. 문제는 계속 랜덤으로 출제된다. 문제풀이 화면에 접속하면 위에 있는 3개의 지시약을 각각 넣어 보면서 색변화를 관찰하고 아래쪽 정답선택에서 액성을 선택해서 문.. 2021. 9. 10.
A4 종이 한장으로 아치구조 만들기 아치구조는 윗부분에 작용하는 힘을 좌우로 분산시켜 구조물이 유지되도록 한다. 기둥이 없기 때문에 넓은 공간을 만들 때 유리하다. 아래 그림처럼 나무조각으로 아치구조를 만들어 놓면 사람이 올라 앉아도 무너지지 않는다. 참고로 나무조각들은 붙어 있지 않다. 그냥 조립해 놓은 상태다. A4 종이 한 장을 이용해서 아치구조를 만들어도 튼튼하게 만들 수 있다. 1. 첨부된 설계도를 다운받아 바깥쪽 선을 따라 잘라 낸다. 2. 실선으로 그려진 부분은 밖으로 접는다. 이때 접힌 부분인 날카롭다는 느낌이 날 정도로 접어야 한다. 손톱자국이 날 정도로 접도록 하자. 너무 세게 누르면 종이가 찢어질 수 있으니 주의해서 접는다. 3. 가로방향 점선은 안쪽으로 접는다. 마찬가지로 접힌 부분인 날카롭다는 느낌이 날 정도로 접는.. 2021. 9. 7.
종이를 이용한 힘의 합력 및 평형 실험 Y자 모양의 줄 끝에 추를 매달고 두 지점에서 손으로 잡아 당기면서 멈춰 있게 해 보자. 멈춰 있다는 것은 힘이 평형을 이루고 있는 것이다. 그럼 사이각에 의해 각각의 줄에 작용하는 힘의 크기를 구할 수 있다. 일단 실험 동영상을 보자 그리고 Y 자 모양의 줄 외에 다른 줄들을 연결해 놓아도 그 줄 들은 받는 힘이 거의 없다는 것도 예측할 수 있다. 이를 A4용지를 가지고 확인해 볼 수 있다. (A4용지가 긴 경우에는 정사각형 모양으로 잘라 사용해도 된다.) 우선 A4용지 맨 아래 중간에 송곳으로 구멍을 뚫고 실을 이용해서 추를 매단다. 추 대신 무겁게 물이든 페트병을 매달아도 된다. 이때 주의할 점은 구멍이 찢어지기 때문에 구멍 부근에 찢어지지 않게 스카치 테이프를 앞뒤로 붙여 줘야 한다. 그리고 양손.. 2021. 8. 29.
저울을 이용한 다양한 부력 실험 탐구 부력에 대한 내용을 배운 후, 확실히 이해 했는지를 확인하기 위한 실험이다. 실제 수업시간에 윗접시 저울이나 전자 저울을 이용해서 탐구 실험해 보게 하는게 목표다. 참고로 부력이란 기체나 액체가 그 속에 들어 있는 물체를 위쪽(중력의 반대방향)으로 밀어 올리는 힘이다. 그리고 부력의 크기는 물체의 무게와 상관없고, 물에 잠긴 물체의 부피와만 상관이 있다. 당연히 물에 잠긴 부피가 클수록 부력은 커진다. 아래 문제와 같은 상황에서 어떤 결과가 나올지 실험해 보기 전에 스스로 탐구해 보게 하자. 그리고 왜 그렇게 생각하는지 적어 보게 하자. 나중에 실험을 통해서 자신의 예상이 맞는지 확인하게 할 생각이다. 먼저 윗접시 저울 양쪽에 물이 든 비이커를 올려 평형을 이루게 장치한다. 1. 오른쪽에만 쇠공이 가라 .. 2021. 8. 11.
컵을 뒤집어도 쏟아지지 않는 물 (응용편) 마지막 실험 앞에 4번의 실험을 통해 뒤집어도 쏟아지지 않는 물에 대해 설명해 보았다 과학은 원리만 알면 다른곳에도 응용할 수 있다. 컵을 뒤집어도 쏟아지지 않는 물은 결국 기압차이와 표면장력을 이용한 것이다. 응용해 보자. 1. 더 큰 통으로도 가능하다. 물을 채우면 한손으로 들고 있기 힘들 정도의 더 큰 통으로도 가능하다. 2. 종이막 대신 컵입구와 크기가 거의 같게 OHP용지를 잘라서 막아도 된다. 컵입구와 크기가 거의 같게 만들면, 눈에 잘 보이지도 않아서, 가끔 마술도구로 사용할 수도 있다. 3. 병뚜껑 뒤쪽으로도 가능하다. - 병뚜껑을 뒤집어 반대쪽으로 병 입구를 막아도 가능하다. 4. 탁구공으로도 가능하다. - 평평한 물체만 되는 건 아니다. 같은 원리로 입구를 막고, 표면장력과 기압차이가 생기게 할 수.. 2021. 6. 8.
컵을 뒤집어도 쏟아지지 않는 물(물의 양에 따른 컵속내부기압 변화)-추가실험 물의양이 변하면 최대한 버틸수 있는 컵안의 내부 기압(한계기압?)도 변할까? 수직항력이 0 이 되는 순간 컵속 내부 기압을 한계기압(정확한 용어는 아니다, 그냥 이 실험에 사용하기 위해 개인적으로 도입한 용어다) 이라고 표현하도록 하겠다. 한계기압보다 컵속 내부기압이 더 작다면 물은 쏟아지지 않는다. 예상으로는 컵안에 물의 양이 많아지면 무게가 무거워지고, 떨어지지 않고 버티려면 대기압과 컵안의 내부 기압(한계기압) 차이도 비례해서 커질 것으로 보인다. 그래서 물양에 따른 컵안의 내부 기압(한계기압)을 측정하는 실험을 해 보았다. 컵속 내부기압이 작아지면 컵 안과 밖의 기압차이가 커진다. 만약 컵안의 내부기압이 한계기압 보다 더 작다면 힘의 평형을 이루기 위해 컵표면에서 종이를 누르는 수직항력이 생겨야 .. 2021. 5. 6.
컵을 뒤집어도 쏟아지지 않는 물(표면장력) - 추가실험-세번째 실험 이번 실험에서는 뒤집어도 쏟아지지 않는 컵 실험에서 표면장력이 얼마나 영향을 끼치는지 확인해 보고자 한다. 어떻게 알아 볼까 고민을 하다가, 전자저울을 이용해서 간단하게 확인해 볼 수 있는 방법을 생각하게 되었다. 그래서 실제 확인하는 실험을 진행해 보았다. (이 실험에는 정밀성에서 한계가 있다. 좀 더 정확한 실험을 위해서는 변인통제를 좀 더 명확하게 해야 한다. 또는 시중에 판매되는 전문적인 계측기를 사용하면 된다.) 이 실험에서는 정밀한 실험값 측정 보다는 단순하게 물이 쏟아지지 않는 이유가 표면장력 보다 대부분 기압차이에 의해 생긴다는 것을 확인하는데 목적이 있다. 컵 입구에서 생기는 표면장력만 특별한 실험도구 없이 어떻게 확인할 수 있을까? 전자저울 표면에 물을 뿌리고 컵을 뒤집어 올려 놓은 다.. 2021. 5. 3.
컵을 뒤집어도 쏟아지지 않는 물(대기압) - 두번째 실험-결론 첫 번째 실험에서 거꾸로 뒤집어 놓은 컵속에 물이 쏟아지지 않는 이유는 대기압 보다는 표면장력 때문일 것이라고 결론을 내렸다. 컵속의 압력 변화가 아주 작았기 때문이었다. 첫번째 실험을 보지 않은 사람은 아래 링크에 가서 첫번째 실험을 먼저 보고 올 것 sciencelove.com/2542 물이 거의 없는 경우는 컵에 구멍을 뚫어 놓아도 막고 있는 종이가 떨어지지 않는다. 이건 표면장력에 영향이 더 크기 때문으로 보인다. 따라서 표면장력도 영향을 미치는 것이 맞다고 본다. 이번에는 추가실험을 통해 표면장력 보다는 대기압의 영향이 더 크다는 것을 밝히고자 한다. 우선 동영상을 보자. 우선 내가 세웠던 가설에 틀린점이 있다. 종이가 떨어지지 않으려면 종이에 작용하는 힘이 평형을 이루고 있어야 한다. ④ 대기.. 2021. 5. 2.
컵을 뒤집어도 쏟아지지 않는 물(대기압) - 첫번째 실험 연역적 탐구 방법으로 접근해 봐도 좋다. 이 실험은 실패한 실험이다. 무엇이 잘 못 되었는지 첫번째 실험에서 오류를 찾아 보자. 만약 내 설명에 수긍한다면 여러분도 뭔가 중요한 것을 놓치고 있는 것이다. 물이 든 컵 입구를 두꺼운 종이로 막고 뒤집어 놓아도 대기압 때문에 물이 쏟아지지 않는다. 그런데 항상 궁금했다. 한때는 컵 안에 공기가 들어가지 않게 물을 가득채워야 한다고 생각했다. 그래서 컵을 뒤집으면 컵 안쪽은 진공이 되고, 그럼 토리첼리 실험에서 대기압은 물을 약 10m 높이 까지 밀어올리니까 물이 쏟아지지 않는 것이라고 생각했다. 그런데 컵속에 물을 절반만 채우고 실험을 해도 물이 쏟아지지 않는다. 컵속에 들어있는 공기는 분명 대기압과 거의 같을 텐데... 한동안 나를 혼란스럽게 만들었던 문제.. 2021. 5. 1.