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풋살 속 회전 과학을 풀어봅시다
체 험 풋살 속의 과학을 실험으로 확인해보아요.
☼ 실험목표
탁구를 이용해 공의 회전에서 사용된 과학적 원리를 찾아낼 수 있다.
☼ 실험 시 유의사항
1. 실험실에서 탁구공을 이용한 활동이므로 충돌에 주의한다.
☼ 지도 시 주의사항
1. 학생들이 과도한 경쟁을 하지 않도록 주의시킨다.
☼ 실험 준비물
각 조별 탁구 라켓 2개, 탁구공 1개
☼ 실험방법
1. 축구에서의 바나나킥과 같이 탁구공을 이용해 골을 넣어보 자.
2. 탁구공에 다양한 스핀을 주 며 서브를 넣어보자.
3. 탁구공을 다양한 스핀을 주
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-☼ 실험 결과 및 토론
1. 서버가 탁구공을 바나나킥과 같이 휘어지도록 만들려면 어떻게 공을 쳐야 하 나요? 공이 휘어지는 이유는 무엇때문인가요?
답안예시) 공을 휘게 만들기 위해서는 공에 회전을 주어야한다. 공이 회전하면서 생긴 압력차에 의해 공이 힘을 받고 휘어지게 된다.
2. 서버가 탁구공을 지면에 닿은채로 리시버에게 보낼 때 공에 회전을 주면 어떻 게 될까?
답안 예시) 공은 회전 운동에 의해 경로가 휘게 되고 공의 회전 방향에 따라 공 이 휘어지는 방향도 달라진다.
☼ 실험 원리
회전력(돌림힘) - 물체를 회전시키는 효력을 나타내는 물리량이며, 힘과 받침점까 지의 거리의 곱이다. 기호는 τ(타우)를 사용한다. 돌림힘은 벡터량이며, 힘 벡터 와 받침점까지의 거리 벡터의 외적이다. × 이고, 는 가한 힘, 은 회전축까 의 변위이다.(위키백과)
각운동량 보존 - 돌림힘은 회전운동의 원인으로 돌림힘을 가하지 않으면, 각운동 량의 시간에 대한 변화가 없고, 그 결과 각운동량이 보존된다. 질량 인 물체가 어떤 회전의 중심으로부터 만큼 떨어져 선속도 로 운동하고 있다면, 이 물체의 각운동량 이다. 이 때 회전 운동에서 주로 사용하는 각속도로 선속도를 표 현하면 이므로, 로 나타낸다. 는 회전운동에서 질량의 역 학을 하는 물리량으로 회전관성이라고 한다. (네이버 캐스트)
마그누스 효과(베르누이 정리) - 유체 속에서 회전하는 물체가 회전에 의해 흐름 이 가속되는 쪽에서 유속과 회전축에 모두 수직인 힘의 작용을 받는 현상. 즉, 회 전하는 원주 모양의 물체에 흐름이 직각으로 부딪치면, 그 물체는 흐름에 직각방 향인 힘을 받는다. 원주 모양뿐만 아니라 구와 같은 3차원적인 물체가 회전하는 경우에도 마그누스 효과가 성립된다. 즉 구 모양의 물체는 흐름과 회전축 모두에 직각 방향의 힘의 작용을 받는다. 야구 경기에서의 커브볼은 마그누스 효과를 설 명해 주는 하나의 예이다.
<출처 : 사이언스올 과학백과사전>
풋살화 바닥은 어떻게 생겼을까?
풋살화는 축구화에 비해 스터드의 높이가 낮고 많은 수가 촘촘하게 박혀있습니 다. 잔디가 아닌 실내 체육관에서 이루어지는 풋살의 경우 축구와 경기 방식은 비슷하지만 운동화의 밑창이 다른 이유는 무엇때문일까요?
자전거 타이어의 종류와 비교하며 알아봅시다.
타이어에 나 있는 홈인 트레드의 모양은 마찰력을 조절하는데 중요한 역할을 한 다. 로드 바이크용 타이어와 같이 트레드가 거의 없을 경우 일반 도로와 같이 마 르고 매끈한 바닥에서 마찰력 증가한다. 반면에 MTB와 같이 울퉁불퉁 트레드가 있는 경우 일반 도로가 아닌 오프로드를 달릴 때 유리하기 때문에 울퉁불퉁한 길 을 갈 때 사용한다.
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지면과의 마찰력의 무엇에 따라 달라질까?
실 험 타이어를 이용해 마찰력에 대해 알아보자.
☼ 실험목표
타이어의 종류에 따른 마찰력에 대해 알아보자.
☼ 실험 시 유의사항
1. 장난감 자동차를 가지고 장난 치지 말자.
☼ 지도 시 주의사항
1. 구간이 짧아 시간을 비교하기 힘들 경우 구간을 조금 더 늘려서 실험 하자.
☼ 실험 준비물
장난감 자동차, 고무 밴드, 초시계, 작은 구슬
☼ 실험방법
1. 장난감 자동차가 1m 거리를 이동하는데 걸리는 시간을 3번 반복하며 측정한다.
2. 장난감 자동차가 작은 구슬 이 깔린 1m의 거리를 이동하는 데 걸린 시간을 3번 반복하며 측정한다.
3. 타이어에 고무 밴드를 일정 한 간격으로 감은 후 1, 2번 실 험을 반복한다.
4. 동영상으로 촬영 후 Tracker 프로그램을 이용하여 운동을 분 석해 보자.
☼ 실험 결과 및 토론
1. 자동차가 책상 위를 갈 경우와 구슬이 깔린 구간을 가는 경우 중 걸린 시간은 언제가 더 빠를까?
답안예시) 큰 마찰력을 받을 수 있는 구간이 더 빠르게 도달할 수 있다.
2. 고무 밴드를 감은 경우와 감지 않은 경우 시간을 비교하면 어떻게 다를까?
답안 예시) 고무 밴드를 감은 경우 책상 위를 갈 때 더 빠르고 구슬이 깔린 구간 을 갈 경우 더 느려진다.
☼ 실험 원리
마찰력 - 물체가 다른 물체에 접촉하면서 운동을 시작하려고 할 때, 혹은 운동을 하고 있을 때, 접촉면에 생기는 운동을 방해하는 힘.
<출처 : 네이버 지식 백과>
마찰력 는 접촉면을 수직으로 누르는 힘 에 비례하고, 그 때의 비례정수 를 마찰 계수라고 한다.
마찰 계수 - 수직항력과 마찰력의 비례관계를 주는 수치. 맞닿은 두 표면 사이의 마찰 정도를 뜻한다. 물체의 재질, 표면의 매끄러운 정도, 윤활제의 유무와 종류 등에 따라 달라진다. 따라서 물질을 구분할 수 있는 상수라고 할 수는 없다.
3차시
세상에 하나뿐인 축구화가 있을까?
교사용 교재
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-◉ 수업 지도안
단 원 물리Ⅰ-Ⅰ.시공간과 우주-4.뉴턴의 운동법칙
Ⅳ.에너지-1.역학적 평형, 2.유체에서의 압력
연계 단원 10학년 - 도전과 경쟁 - 도전과 경쟁 스포츠 경기 - 영역형 스포 츠
수업차시 3차시 지도대상 고등학교 2학년
활동유형 설계, 토의
교과 학습목 표
1. 축구와 풋살 속의 과학을 이용해 나만의 스포츠화를 디자인할 수 있다.
교과 연계성
중등 과학 물질과 에너지 - 힘과 운동
중등 체육
학습
단계 교수 ․ 학습 활동 시간
(분)
학습 자료 및 유의점
도입
세상에 하나뿐인 축구화
프로 축구 선수들은 자신의 체형과 포지션에 맞춘 축구화를 제작하거나 변형시켜서 신는 경우가 많다.
세계적으로 유명한 축구 선수들의 축구화를 보여주며 내가 직접 축구화를 디자인해 볼 수 있도록 흥미를 유도한다. 포 지션에 따라 축구화의 구조가 달라지는 점에 대해서도 사진 자료를 제시하며 알아보도록 한다.
축구화뿐 아니라 다양한 신발 사진을 보여주는 것도 창의력을 발휘하는데 도움을 준다.
∙ 다양한 축 구화
사진자료
학습
단계 교수 ․ 학습 활동 시간
(분)
학습 자료 및 유의점
본활동
세상에 하나뿐인 나만의 축구화 설계하기
축구화를 디자인할 때 활동지에 있는 단계를 거치며 디자인 을 설계할 수 있도록 유도한다.
설계시 그림을 그리는 방법 뿐만이 아니라 점토 등을 이용 해 직접 만들어보며 설계하는 등 다양한 방법으로 설계할 수 있다는 점을 강조한다.
기존에 있던 축구화의 모습 보다는 독특한 디자인이 나올 수 있도록 유도하는 것이 가장 중요하다.
혼자 설계하는게 힘들경우 2인 1조로 구성한 후 설 계하는 것도 좋은 방법이다.
∙ 다양한 축구 화 사진 및 설 계 그림 제시
만든 작품을 다른 작품과 비교해 본다.
설계과정에서 같은 조원들과 토의하며 설계할 수 있 도록 한다.
∙ 로켓 만들 기
(활동지)
정리
탐구내용 발표하기
- 활동을 통해 학습에 대한 즐거움 갖기
- 자기평가 ‧ 상호평가를 통하여 서로의 아이디어를
∙ 활동을 통 해 학생들이 새로 알게 된
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