인천대학교 과학영재교육원

Incheon Science Elite Program

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화학교실

인천과학영재교육센터

중등 사사과정 지도 개요
제 목	추진력 조건에 따른 발사체의 궤도 및 속력 제어
지도교수	성 명	박영미	직 위	조교수
	소 속	인천대학교 물리학과	전 공	물리학
탐구분야	고전역학		학년도	2020학년도
탐구 개요
1. 탐구 필요성 총알 혹은 대포와 같은 발사체는 화약에 의한 초기 추진력으로 운동이 결정되지만, 로켓과 같은 발사체는 연료를 사용하여 발사체 자체가 추진력을 냄으로써 운동 조건을 변화시킨다. 이와 같이 다양한 발사체의 운동을 이해하기 위해서는 발사체의 속도 및 궤도를 변화시키는 추진력에 대한 이해가 필요하다.
2. 탐구 목적 추진력에 의한 발사체의 궤도와 속력 변화에 대해 탐구하고 이를 이용하여 발사체의 운동을 제어할 수 있다.
3. 탐구 내용 운동하는 물체는 주변 환경과의 상호작용을 통해 운동에너지와 운동 방향이 변할 수 있다. 대표적인 예로 발사체와 행성 사이에 작용하는 중력을 이용하여 우주선의 궤도 및 속력을 제어하는 스윙바이(swingby)가 있다. 이번 연구에서는 추진력을 이용한 발사체의 궤도 및 속력 제어 방법에 대해 탐구하고자 한다.
4. 탐구 방법 <Staked Ball Drop> 여러 개의 공을 수직으로 쌓아서 동시에 떨어뜨릴 때 지면과의 충돌 후 가장 위에 있는 공은 최초의 높이보다 더 높게 튀어 오른다. 이 때 공의 속도는 공 사이의 반발계수, 공과 바닥 사이의 반발계수, 질량중심의 위치 등에 의해 변화한다. 이번 탐구에서는 stacked ball drop 실험을 통해 반발계수 및 질량중심의 위치에 따른 공의 운동 궤도 및 속도 변화를 분석하고자 한다.
5. 기대 효과 추진력은 발사체의 속도 제어에 매우 중요한 역할을 한다. 본 탐구 활동을 통해 추진력에 의한 발사체의 속도 및 위치 변화에 대해 이해하고 발사체 제어 기술과 관련된 물리 현상을 이해하고 적용할 수 있다.