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자유 낙하운동 !!
☞ 커피 병 속에 촛불을 켠 다음 마개를 막고 곧바로 떨어뜨려 보자. 어떤 현상이 일어나는가?
연구 한 사람
탐구 활동 일시
탐구 장소
집
탐구주제
낙하하는 물체에는 어떤 현상이 일어나는가?
1. 탐구주제 선정 동기:
선생님께서 얼마 전 촛불의 자유낙하 운동에 관한 실험을 학교에서 보여 주셨는데 나타나는 현상이 매우 신기했다.
2. 탐구과제의 내용:
뚜껑이 있는 유리병과 양초 그리고 성냥을 준비한다.
유리병 안쪽 밑바닥에 양초를 하나 붙이고 그 초에 불을 붙인다. 그 후 유리병의 뚜껑을 닫고 위에서 아래로 유리병을 떨어뜨린다. 이때 나타나는 현상을 관찰하고 그 이유를 알아본다.
3. 탐구과제 해결에 필요한 정보들:
?중력: 물체와 지구 사이의 만유인력
?중력가속도 g=9.8m/s2
?무게: 물체에 작용하는 중력의 크기
?무중력: 중력이 없어지는 현상
?만유인력 법칙: F= {GmM } over {R^2 }
(G:만유인력상수, M m: 물체의 질량)
?유체 : 액체와 기체의 총칭.
?대류 : 열의 세 가지 전달과정 중 하나(다른 두 가지는 전도 ?복사)로,
열 때문에 유체가 상하로 뒤바뀌며 움직이는 현상.
유체가 부분적으로 가열되어 온도가 높아지면(물의 4℃ 이하와 같은 경우
는 제외), 그 부분이 팽창하여 밀도가 작아지기 때문에 부력이 생겨 위로
올라가고, 대신 위에 있던 온도가 낮고 밀도가 큰 부분이 내려온다. 이러
한 과정을 되풀이함으로써 물질 자신의 운동에 의해 열을 전달하는 현상
이 대류이며, 그 결과 유체는 위쪽에서부터 따뜻해진다.
4. 탐구 과제의 해결과정 및 방법:
인터넷을 이용하여 그 이유에 대해 검색해 보고 자유낙하 무중력 상태에 대한 책을 찾아보았다.
5. 탐구활동의 내용:
위의 과정대로 (촛불을 유리병에 놓고 뚜껑을 닫은 후 낙하시킨다.) 실험을 해 보았더니 떨어뜨리는 순간 …(생략)
잘 타고 있던 촛불이 꺼지는 현상이 일어났다.
6. 탐구결과의 해석 및 토의:
촛불을 유리병에 놓고 뚜껑을 닫고 즉시 낙하시키면 촛불은 우주선에서와 같이 무중력 상태에 놓이게 되어 대류가 발생하지 않는다. 그러므로 촛불주위의 산소는 없어지고 외부에서 산소 공급이 되지 않으므로 촛불이 꺼지는 것이다.
7. 결론 :
무중력상태에서는 대류가 발생하지 않는다.
8. 기타:
?무중력 상태는?
무중력은 중력이 없는 상태를 의미하며 이것은 물체를 바닥이 떠받쳐주는 힘이 없는 상태일 때 느낄 수 있으며, 우주 비행사, 자유 낙하하는 물체가 그 예들이다. 위아래의 구별이 없고 느낄 수고 없다. 대류현상이 일어나지 않고 분자력만 작용하므로 액체의 경우 구형을 이룬다.
?중력은 모든 물체에 작용하며 그 질량에 비례한다. 그렇다면 왜 무거운 물체가 가벼운 물체보다 빨리 떨어지지 않는가?
질량이 다를지라도 같은 높이에서는 중력가속도가 같기 때문에 속도의 변화는 동일하다.
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