Ⅲ. 연구 방법
3.3. 탐구 수행 과정
3.3.1 실험 설계
이상화 조건의 변화에 관해 학생들과 논의하고 이상화 해제 개념을 설명 하는 것은 학생들이 생소한 개념을 효과적으로 이해하는 데 도움이 된 다.
[그림 3-1] 방지턱 모형의 모양과 사이즈
[그림 3-2] 방지턱 모형의 제작 과정 및 RC 카의 내부 구조 3.3.1.2. 측정할 변인의 선정
자동차의 충돌 속도는 자동차가 받는 충격에 관여하는 주요 조작 변인이다. 따라서 RC 카를 방지턱에 다양한 속도로 여러 번 충돌시 켜 그에 따라 받는 충격의 변화를 고려해야 한다. 충돌 속도는 RC 카의 앞바퀴가 방지턱에 접촉하는 순간에 대해 트래커에 나타난 수평 방향( 방향)의 속도로 간주한다.
방지턱으로부터 받은 RC 카의 물리적 충격을 가늠하기 위해서는 RC 카
의 가속도를 측정해야 한다. 이때 충돌과정에서 나타난 가속도의 최댓값 이 충격력 측정의 지표가 되는 것이 타당하다는 학생들의 의견과 참고문 헌 등을 반영하여 가속도 수직 성분의 최댓값(이하 수직 최대 가속도, amax)을 종속 변인으로 결정하였다.
더불어, 자동차는 방지턱을 넘어 다시 지면에 착지할 때 방지턱에 충돌 하는 순간 이상으로 큰 충격을 받는다. 이러한 충격은 방지턱과 분리된 후 자동차가 도달하는 수직 방향의 최대 변위(이하 max)와 밀접한 관계 가 있다. 따라서, 이에 관한 데이터를 얻고 경향성을 살피는 것은 RC 카 의 실제적 충격을 가늠하는 데 도움이 된다고 판단하였다. 단, max값은 따로 측정하여 기록하지 않고 시간에 따른 수직 방향 변위 그래프를 얻 는 것으로 대신하였다.
또한, RC 카의 수평 방향 속도 감소량(이하 ∆)은 방지턱의 역할 구 현을 가늠하는 척도이므로 본 탐구에서 중요한 종속 변인이다. 따라서 실 험의 수행은 표 3-3을 채우는 것으로 구체화할 수 있다.
[표 3-3] 실험 데이터 측정 기록표
3.3.1.3. 측정 도구
트래커(Tracker)는 물체와 함께 운동하는 한 지점의 움직임 을 추적하여 변위, 속력, 가속도, 운동량 등 역학적 물리량과 관련된 거 의 모든 데이터를 한 번에 얻을 수 있는 편리한 도구이다. 이 실험에서 는 RC 카가 모형 방지턱을 넘어가는 장면을 스마트폰으로 촬영한 후, 그 영상을 트래커 프로그램으로 분석하여 데이터를 얻었다. 그림 3-3은 RC 카의 수직 방향 최대 가속도(amax)를 측정하는 장면으로 앞바퀴가 방 지턱에 접촉하고 있는 동안 나타난 수직 방향 가속도 값 중 최댓값을 읽 어 amax를 측정한다. 그림 3-3의 그래프에서는 음영 표시된 지점이 이에 해당된다. 다른 물리량을 측정할 때는 그래프의 축 항목을 클릭하여 원 하는 물리량을 설정하면 된다.
측정할 물리량 선택
[그림 3-3] 트래커(Tracker) 프로그램을 통한 RC 카의 가속도 측정