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문제 정의
- 단진자의 등시성 확인 실험과 사이클로이드의 등시성 확인 실험을 실시하여 초기 각도에 따라, 즉 진폭에 따라 진자의 주기 값을 비교해 보았다. 각 교과서에서 제시한 실험조건이 모두 다르므로 이 중 어떤 실험이 가장 효과적으로 진자의 등시성을 확인할 수 있는지 알아보았다.
- 또, 실의 길이가 사이클로이드 진자의 크기와 관계없을 때 진자의 주기와 진폭과의 관계를 알아보기 위해 실의 길이가 50cm일 때 진폭에 따른 진자의 주기를 위의 실험과 동일한 방법으로 측정해 보았다.
- 본 연구는 이상조건으로 인해 실험 결과가 이론값과 다르게 나올 경우 학생들이 물리세계와 실제 세계에 대한 괴리감을 느끼고 이로 인해 물리라는 학문을 어려워하고 멀리 하려 한다는 기존 연구 결과에 기반을 두고 8학년 과학 내용에 포함된 진자의 등시성에 대해 교과서와 교사용 지도서를 분석해서 과학 교과서에서 이상조건을 다루고 있는지에 대해 조사해 보았다. 또, 초기각도가 작을 때만 성립한다는 이상조건을 가진 단진자의 등시성 확인 실험에 대한 대안으로 사이클로이드 진자의 등시성 실험에 대한 이점을 조사해보았다.
- 본 연구는 이상조건으로 인해 실험 결과가 이론값과 다르게 나올 경우 학생들이 물리세계와 실제 세계에 대한 괴리감을 느끼고 이로 인해 물리라는 학문을 어려워하고 멀리 하려 한다는 기존 연구 결과에 기반을 두고 8학년 과학 내용에 포함된 진자의 등시성에 대해 교과서와 교사용 지도서를 분석해서 과학 교과서에서 이상조건을 다루고 있는지에 대해 조사해 보았다. 또, 초기각도가 작을 때만 성립한다는 이상조건을 가진 단진자의 등시성 확인 실험에 대한 대안으로 사이클로이드 진자의 등시성 실험에 대한 이점을 조사해보았다.
- 본 연구에서 가장 핵심이 되는 이상화가 물리학습에 주는 시사점과 사이클로이드의 특성에 대해 살펴보기로 한다.
- 본 연구에서는 이에 대한 대안으로 사이클로이드를 활용할 것을 제안한다. 사이클로이드는 갈릴레이가 발견한 곡선으로 ‘최단 강하성’과 ‘등시성’을 특성으로 갖고 있다.
- 여러 가지 운동’에서 속력과 방향이 변하는 운동의 예로 나오는 단진자 운동의 이상조건에 대한 언급이 있는지 교과서와 교사용지도서의 내용을 분석해 보고, 학생들이 느끼는 실제 세계와 물리 세계 사이에 괴리를 최소화 할 수 있도록 ‘진폭이 매우 작을 때’라는 이상조건이 필요 없이 진자의 등시성을 만족하는 ‘사이클로이드’에 대해 조사해 보고자 한다.
- 실제 실험에서는 진자의 길이, 추의 질량, 진폭을 달리하며 진자의 주기를 측정하였다. 위의 실험결과들 중 본 연구 주제와 직접적인 관련이 있는 진폭의 변화에 따른 주기 측정 실험 결과에 대해 논의해 보고자 한다.
- 진자의 길이, 추의 질량은 본 연구 주제와는 직접적인 관련이 없는 실험이지만 실제 진자의 등시성 확인 실험에서 진폭의 크기를 제외한 다른 변인에 의해 주기의 차이가 발생할 수 있는지 여부에 대해 확인하기 위한 실험도 실시해보았다.
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