폰으로 재는 장난감 자동차의 정지 거리 (바닥에 따라)
Phone: stopping distance of a toy car on different floors (video)
같은 빠르기로 굴린 장난감 자동차는 마룻바닥과 카펫 위에서 얼마나 다르게 멈출까요?
무슨 일이 일어났나
바닥을 굴러가던 장난감 차는 바닥이 바퀴를 붙잡아 끄는 힘(마찰) 때문에 점점 느려지다 섭니다. 시뮬레이터는 이 붙잡는 정도를 마찰 계수 하나로 본 단순 모형입니다.
시뮬레이터에서 2 m/s 로 출발하면 마찰 계수 0.05 인 바닥에서는 4.08 m 를 가고, 0.2 인 바닥에서는 1.02 m 만에 섭니다.
출발 빠르기를 1 m/s 로 절반 낮추면, 0.2 인 바닥에서 멈추는 거리가 1.02 m 에서 255 mm 로 네 분의 일이 됩니다 — 멈추는 거리는 빠르기의 제곱에 비례합니다.
영국 도로 교통 규칙은 젖은 길에서 정지 거리가 마른 길의 적어도 두 배, 눈 · 얼음 길에서는 열 배까지 된다고 적었습니다. 바닥에 따라 멈추는 거리가 바뀌는 모습을 장난감 차로 작게 재 보는 셈입니다.
💡 생활 속 예시
- 현관 타일 위를 미끄러지듯 굴러가던 공이 거실 러그에 닿으면 금방 멈춥니다.
- 마트 카트는 매끈한 매장 바닥에서는 살짝 밀어도 멀리 가지만, 울퉁불퉁한 보도블록 위에서는 금방 섭니다.
🧪 해 보기
- 두꺼운 책 두세 권에 판(책받침 · 상자 뚜껑)을 걸쳐 낮은 비탈을 만들고 출발선을 표시합니다 — 같은 곳에서 놓으면 바닥에 닿는 빠르기가 같아집니다.
- 비탈 끝에서부터 바닥을 따라 줄자(또는 30 cm 자 여러 개)를 펴 둡니다.
- 폰을 책에 기대어 옆에 세우고, 카메라 앱의 슬로 모션으로 차가 멈추는 곳을 찍습니다.
- 마루 · 러그(카펫) · 요가 매트처럼 바닥을 바꿔 가며 바닥마다 세 번씩 굴리고, 멈춘 거리의 평균을 적습니다.
- 가장 멀리 간 바닥의 거리를 다른 바닥의 거리로 나눠 몇 배인지 구하고, 시뮬레이터에서 마찰 계수를 바꿔 같은 배수가 나오는지 맞춰 봅니다.
- ⚠️ 계단 · 현관 턱 가까이나 차도 · 주차장에서 하지 않고, 집 안 평평한 바닥에서만 합니다.
- ⚠️ 폰은 넘어져도 다치지 않게 낮게 책에 기대어 세우고, 바닥에 물을 뿌려 일부러 미끄럽게 만들지 않습니다.
- ⚠️ 찍은 영상은 내 폰 안에만 두고, 이 쪽은 카메라 영상을 받거나 어디로 보내지 않습니다.
- ⚠️ 어린이는 어른과 함께 하고, 장난감 차의 작은 바퀴 부품은 어린 동생이 입에 넣지 않게 치웁니다.
누가 왜 찾았나
영국 정부가 펴내는 도로 교통 규칙(Highway Code)은 길 상태가 멈추는 거리를 얼마나 바꾸는지 숫자로 알려 줍니다. 젖은 길은 마른 길의 적어도 두 배, 눈 · 얼음 길은 열 배까지 길어진다고 하고, 앞차와는 전체 정지 거리보다 가까이 붙지 말라고 합니다. 장난감 차를 여러 바닥에 굴려 보는 이 실험은 그 숫자가 왜 생기는지 손으로 확인해 보는 일입니다.
확인된 값
교육과정에서는
- 한국 2022 · 과학(초등) · 물체의 운동 [6과10-03]
- 한국 2022 · 과학(중학교) · 힘의 작용 [9과05-02]
- 잉글랜드 · KS3 Physics: Forces
출처
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