1-2D. 표적 맞추기
(Hit the Falling Monkey)
(Last Updated 2010/3/22)
1. 이론
높은 나무의 가지에 매달려있는 원숭이를 발견한 사냥꾼이 원숭이를 겨냥하고 총을 쏘았다. 원숭이는 탄환이 발사되는 것을 본 순간 나뭇가지로부터 손을 놓고 땅으로 달아나려고 하였다. 이 원숭이는 끝내 도망칠 수 있을 것인가? 공기의 마찰을 무시할때 중력의 작용으로 탄환과 원숭이의 위치가 변함에도 불구하고 원숭이는 끝내 총에 맞아 죽어 버렸다. 물리적 근거에 바탕을 둔 고전적 교과서의 이러한 사실을 실험실에서 재현하기 위해 우리는 [그림1]과 같이 실험을 수행한다.
발사체 바로 앞에는 포토게이트를 설치하여 발사레버에 의해 공이 발사되고 포토게이트를 통과하는 순간, 표적과 동기화되어 신호가 드롭박스로 보내지고 드롭박스에 붙어있던 표적판이 동시에 떨어지도록 구성되어있다. 표적을 붙여 놓기위해 별도의 전원장치가 필요없으며 표적은 영구자석(네오디뮴)에의해 매달려있다. 포토게이트는 컨트롤박스와 연결되고 컨트롤박스는 다시 드롭박스에 연결(RJ11,4c 전화선)되어 발사되는 순간 컨트롤 박스의 9V 전원에 의해 드롭박스의 코일에 전류가 흘러 자기장을 형성하고 영구자석의 자장을 약화시켜서 붙어있던 표적이 떨어지는 원리이다.
 [그림1] 포사체와 표적맞춤
(1) 발사체 및 클램프 (2) 컨트롤박스 (3) 드롭박스 (4) 타겟 및 플라스틱 구슬(직경,Φ=1.58cm)
(5)포토게이트 (6) 전화선 (7) 고무패드 박스 (8) 레이저 (Optional)
3. 실험방법
(1) [그림1]과 같이 장치를 구성한다. 발사체를 교탁 테이블에 단단히 고정하고 드롭박스는 스텐드를 이용하여 고정한다. 발사체 앞에 포토게이트를 고정하고 포토게이트-컨트롤박스-드롭박스를 연결해준다. (이미 설치되어 있을 수 있다)
(2) 발사체 뒤쪽에서 표적을 바라볼때 일직선이 되도록 표적을 정확히 정렬한다. 이때 정렬을 용이하게 하기위해 레이저 등을 이용 할 수 있다.
(3) 플라스틱 구슬을 발사체에 장전할 때에는 플라스틱 막대로 딸깍 소리가 날 때까지 밀어넣고 컨트롤박스의 스위치를 켠다. 시험삼아 드롭박스의 '낙하버튼'('Push to Drop' button)을 눌러서 타겟이 떨어지면 드롭박스가 정상작동 되고 있음을 나타내고 포토게이트에 손가락을 지나가게 해보았때 타겟이 떨어지면 포사체와 표적이 동기화 되어 있음을 확인할 수 있다.
(4) 다음 발사레버를 당겨서 포사체와 표적의 운동 경로를 유심히 관찰해보자. 포사체와 동기화된 표적은 중력의 작용에도 불구하고 부딪치게 되는가?
[주의]
(1) 실험이 끝나면 컨트롤박스의 전원 스위치를 오프(Inactive 위치)해 주시고 전화선은 보행에 지장을 주지 않도록 한쪽을 빼서 드롭박스측 박스에 담아 놓는다.
(2) 타겟은 고무패드 박스 안으로 떨어지도록 설치하시고 실험중 플라스틱 구슬이 작으므로 잃어 버리지 않도록 주의한다. |
|
실험실소개
국제캠퍼스
