목 차
1. 평창 동계올림픽에서 과학을 본다.
1차시. 컬링! 얼음 위의 물리학 ··· 3
2차시. 김연아의 놀라운 점프 ··· 13
3차시. 내가 만드는 스키 점프대 ··· 17
2. 과학적인 스포츠화를 디자인 할 수 있을까? 1차시. 축구 속 과학은 무엇이 있을까? ··· 25
2차시. 풋살 속 과학은 무엇이 있을까? ··· 31
3차시. 나만의 스포츠화를 디자인 학 수 있을까? ··· 37
4차시. 나만의 스포츠화 홍보하기 ··· 41
3. 내가 운동선수의 트레이너가 된다면? 1차시. 운동선수의 식단을 짜 보아요 ··· 47
2차시. 우샤인 볼트, 최고 속도의 비밀을 알아보아요 ··· 55
3차시. ‘Tracker’ 프로그램을 이용하여 운동을 분석해 보아요 ··· 59
융합인재교육(STEAM) 주제별 프로그램 개발 - 스포츠
평창 동계올림픽에서 과학을 본다
고등학교용
동계 올림픽에서 과학을 본다
동계 올림픽에서 과학을 본다
‘평창’
2011년 7월 6일. 이날은 우리나라 스포츠에서 역사적인 날이다.
드디어 2018년 동계 올림픽 개최지로 우리나라 평창이 선정되었다.
그런데 하계 올림픽에 비해서 동계 올림픽 종목은 좀 낯설다. 김연아 선수의 피져스케이트와 쇼트트랙 스케이팅을 제외하면 그리 익숙한 종목이 많지 않다.
그러나 동계 올림픽 종목을 하나씩 따져보면 재미있는 모습들을 많이 발견할 수 있다. 그 속에서 우리는 과학을 이야기한다. 스포츠를 과학으로 풀어보자.
<학생용 활동지>
01. 컬링! 얼음 위의 물리학
컬링은 어떤 경기일까?
▪ 마치 장난을 하는 것처럼 얼음 위에서 큰 돌을 미끄러뜨리더니 여러 사람들 이 빗자루를 이용해서 바닥을 닦는다. 이는 올림픽 정식 종목 중 하나인 컬링에 대해서 이야기한 것이다. 컬링은 어떤 경기이며, 어떻게 승부를 내는 것인지 찾 아서 정리해보자.
컬링에 담긴 과학은?
▪ 컬링에서 득점을 하는 것은 스톤의 위치를 결정하는 전략과 스톤의 진로를 조절 하는 기술에 달려 있다. 투구자의 손을 떠난 스톤의 진로를 어떻게 조절할 수 있을 까? 과학 원리를 이용하여 설명해보자.
▪ 컬링에서는 여러 개의 스톤을 던지게 된다. 따라서 스톤끼리 충돌을 하는 경우 가 많이 발생한다. 스톤이 충돌할 때는 어떻게 물체가 움직이는지 과학 원리를 이 용하여 설명해보자.
실험 알까기 게임을 이용한 컬링의 원리 이해하 기
☼ 실험목표
컬링 경기를 간단한 알까기 게임을 이용하여 모의 체험해보자. 이때 스톤 끼리의 충돌에서 어떻게 스톤이 움직이는지 분석해보자.
☼ 실험 시 유의사항
1. ‘스톤’을 손가락으로 칠 때 너무 세게 치지 않도록 한다.
☼ 지도 시 주의사항
1. 동영상 분석은 수업 전에 학생들이 익숙해 질 수 있도록 충분히 연습할 수 있도 록 한다.
☼ 실험 준비물
☼ 실험방법
1. 먼저 상대편 돌과 우리 편 돌 각 1개씩 모두 2개의 돌을 테이블 위에 올려놓고 비 스듬히 맞추어 2개의 돌의 진행 경로를 알 아보자.
2. 스마트폰을 이용해 1번 과정을 동영상 으로 찍어 보자.
3. 스마트폰의 어플리케이션(Video Phydics)를 실행시킨다.
찍은 동영상을 비디오 분석 프로그램을 통 해 경로를 표시하여 그림과 같이 두 개의 돌의 궤적과 시간에 따른 속도를 구해 보 자.
☼ 실험 결과 및 토론
1. 자신이 촬영한 동영상과 이를 분석한 결과(시간에 따른 속력 그래프)를 이용하여 스톤들의 충돌에 대해 설명해보자.
스톤의 충돌 설명
2. 이 분석을 통하여 충돌을 컬링 경기에 어떻게 적용할 것인지 이야기해보자.
참고 자료 컬링의 과학
1. 마찰력과 컬링
컬링에서 득점 여부의 핵심은 마찰력을 자신의 의도에 맞게 활용하는 것이다.
컬링에서 스톤과 바닥과의 마찰력을 조절하는 방법은 크게 두 가지이다. 첫 번째 로 경기 전에 사용하는 방법은 경기장의 얼음판 위에 물방울을 뿌려 얼음판을 거칠 게 만드는 것이다. 얼음판 위에 뿌려진 작은 물방울들은 차가운 얼음판 위에 닿아 얼음조각이 된다. 얼음조각들이 있는 거친 얼음판에서 스톤과 얼음판 사이의 마찰 력은 증가할 것이라고 생각하겠지만, 흥미롭게도 실제는 이와 반대의 결과가 나타 난다. 오히려 매끈한 얼음판 위에서 경기할 때보다 얼음조각이 있는 경기장에서 스 톤은 대략 2배의 거리를 미끄러진다고 한다. 어떻게 이런 일이 가능할까?
그 이유는 얼음조각들로 인해 스톤과 얼음판 사이의 접촉면이 줄어들기 때문이 다. 얼음조각들이 없는 매끈한 얼음판에서는 상당한 무게의 스톤과 얼음판 사이가 진공과 비슷하게 밀착되어 버린다. 이 경우 스톤을 내리누르는 대기압에 의해 스톤 의 속도는 감소할 것이다. 그러나 얼음조각들로 인해 스톤과 얼음판 사이의 공기층 이 존재하게 되어 밀착되지 않으면 스
톤은 좀 더 멀리 미끄러질 수 있는 것 이다.
두 번째로 경기 중에 마찰력을 감소 시키는 방법은 실제 게임 장면에서 자 주 볼 수 있듯이 빗자루질을 열심히 하 는 것이다. 투구자 앞에서 빗자루 모양 의 도구(그래서 이름도 빗자루를 뜻하 는 브러쉬(brush) 혹은 브룸(broom)이라 고 불린다)를 들고 있는 선수들이 얼음 판을 열심히 문지르면 어떻게 될까? 쉽 게 결과를 알 수 있는 방법은 두 손을 비벼 보는 것이다. 한쪽 손바닥이 얼음 판, 다른 쪽 손바닥이 빗자루라고 생각 하면 된다. 열심히 비빌수록 손바닥은 따듯해진다. 이는 마찰에 의해 열이 발 생하기 때문이다. 이제 컬링에서 왜 빗
자루를 사용하는지 알 수 있을 것이다. 빗자루로 열심히 문지를수록 얼음판은 마찰 열에 의해 녹아 물이 된다. 따라서 빗자루로 문지르는 이유는 컬링스톤 앞에 얼음
판을 녹여 물위를 미끄러져 멀리 가도록 하기 위함이다.
이러한 원리를 이용하면 스톤 앞의 얼음판을 어떻게 빗질을 하느냐에 따라 미끄 러져가는 정도를 조절할 수도 있고, 가는 방향을 변화시킬 수도 있다.
2. 컬링과 운동량
컬링에서는 한 개의 스톤만 표적에 넣는 것이 아니기 때문에 기존에 이미 표적 근처에 있 는 스톤들을 고려해서 스톤의 경로를 결정해야 한다. 어떻게 해야 상대편의 돌을 표적 밖으 로 밀어내고 우리 편 스톤을 표적 안으로 많이 들어가게 할 수 있을지 전략을 세우는 것이 득점과 승리의 중요한 열쇠이다.
여기서 중요한 것이 바로 물리의 운동량 보존 법칙이다. 운동량 보존 법칙이란 외력을 받 지 않는 고립된 물체, 또는 계에서 전체 운동량의 합은 언제나 일정하게 보존된다는 법칙이 다. 이 법칙은 충돌 시에도 성립하며 탄성충돌과 비탄성충돌 모두의 경우에 성립한다.
이 법칙을 통해 충돌 전후 물체의 운동을 이해하거나 예측할 수 있다. 가장 단순한 경우 로 당구공의 충돌에서도 볼 수 있는 질량이 동일한 물체의 충돌이다. 질량이 동일한 두 물 체가 정면충돌하면 굴러오던 물체는 정지하고, 정지되어 있던 물체는 이동해온 물체의 원래 속도와 동일한 속도를 가지고 앞으로 나아가게 된다. 마찬가지로 컬링스톤이 충돌한 경우에 도 (마찰력을 무시할 수 있다면) 미끄러져 오던 컬링스톤은 멈추게 되고 정지되어 있던 컬 링스톤은 미끄러져온 스톤의 속도와 동일한 속도로 앞으로 움직이게 될 것이다. 따라서 이 원리를 이용하여 컬링 선수들은 표적 안에 있던 상대편 스톤을 맞추어 자기팀 스톤은 표적 안에서 멈추게 하고 상대편 스톤은 표적 밖으로 미끄러져 가게 하는 것이다.
물론 일차원 충돌인 정면충돌 뿐 아니라 이차원 충돌의 경우에도 운동량 보존은 성립하 며, 실제 경기에서는 여러 개의 스톤이 퍼져있는 배치에 따라 다양한 충돌각과 충돌 횟수를 활용하여 복잡한 전략을 사용하게 된다.
이차원 탄성충돌에서 두 물체의 질량이 같으면 충돌 이후에 두 물체가 이루는 각도는 90
피겨 스케이팅에 담긴 과학은?
▪ 얼음판에서 스케이트를 탈 때 미끄러지듯이 활주할 수 있는 이유는 무엇일까?
▪ 피겨 스케이팅에서 빠르게 회전하기 위해서는 몸을 움츠리게 된다. 그 이유는 무엇일까?
활동 동영상 분석으로 김연아 점프 해석하기
☼ 목표
김연아 선수의 점프 동작을 동영상으로 살펴보고 점프하는데 걸린 시간과 높이와의 관계를 알아보자.
☼ [예상하기]
- 김연아 선수는 점프할 때 어느 정도 높이 뛰어오를까?
- 김연아 선수는 점프할 때 어느 정도 오랫동안 공중에 떠 있을까?
☼ [관찰하기]
동영상 속에서 김연아 선수가 점프할 때 어느 정도 오랜 시간 동안 점프하는지를 측정해보자.
그리고 김연아 선수의 키 또는 기타 다른 물체의 길이를 이용하여 어느 정도 높이 점프하였는지 어림해보자.
☼ [설명하기]
점프할 때 걸린 시간과 뛰어 오른 높이와는 어떤 관계가 있는가?
<학생용 활동지>
02. 김연아의 놀라운 점프
피겨스케이팅은 어떤 경기일까?
▪ 김연아 선수 덕분에 우리나라는 세계에서도 알아주는 동계스포츠 강국의 위 상을 갖게 되었다. 피겨스케이팅은 그 아름다운 모습 뿐만 아니라 스케이팅의 여러 가지 기술에 놀라게 된다. 피겨스케이팅 종목에 대해서 알아보자.
피겨 스케이팅에 담긴 과학은?
▪ 얼음판에서 스케이트를 탈 때 미끄러지듯이 활주할 수 있는 이유는 무엇일까?
▪ 피겨 스케이팅에서 빠르게 회전하기 위해서는 몸을 움츠리게 된다. 그 이유는 무엇일까?
활동 동영상 분석으로 김연아 점프 해석하기
☼ 목표
김연아 선수의 점프 동작을 동영상으로 살펴보고 점프하는데 걸린 시간과 높이와의 관계를 알아보자.
☼ [예상하기]
- 김연아 선수는 점프할 때 어느 정도 높이 뛰어오를까?
- 김연아 선수는 점프할 때 어느 정도 오랫동안 공중에 떠 있을까?
☼ [관찰하기]
동영상 속에서 김연아 선수가 점프할 때 어느 정도 오랜 시간 동안 점프하는지를 측정해보자.
그리고 김연아 선수의 키 또는 기타 다른 물체의 길이를 이용하여 어느 정도 높이 점프하였는지 어림해보자.
☼ [설명하기]
점프할 때 걸린 시간과 뛰어 오른 높이와는 어떤 관계가 있는가?
그림 2. 김연아 선수의 점프 직전 양쪽 어깨의 자세 (출처: 뉴욕타 임즈)
참고 자료 피겨스케이팅의 과학
피겨스케이팅에서 가장 중요한 것 중 하나는 회전이다. 회전에 대한 내용은 고등학교 에서 물리Ⅰ에서 돌림힘에 대한 내용만 다루기 때문에 관련된 질문에 대해 응답하는 수준에서 지도하는 것이 적합하다.
1. 회전과 각운동량
피겨스케이팅 장면에서 누구나 넋을 잃고 바라 보는 장면은 바로 꽃이 피어나듯 아름답게 점프 하며 회전하는 장면일 것이다. 점프하는 순간부 터 과학의 원리는 적용된다. 공중에서 충분한 횟 수의 회전을 할 수 있으려면 큰 각운동량으로 높 게 점프하는 것이 유리하다. 따라서 큰 각운동량 과 수직 속도를 얻기 위해 스케이터는 발로 힘차 게 바닥을 차고 오른다. 발이 얼음판에 가하는 힘만큼 동일한 크기로 얼음판에서 힘을 받아 점 프를 할 수 있기 때문이다. 이것이 바로 작용과 반작용의 법칙이다.
그렇다면 김연아 선수가 다른 선수들보다 월등
하게 높이 날아오를 수 있는 비결은 무엇일까? 김연아 선수는 타고난 재능과 수많 은 연습으로 인해 다른 선수보다 월등한 하체의 힘을 발휘한다고 한다. 따라서 다 른 선수들보다 강한 힘으로 빙판을 차고 이로 인한 반작용으로 빠른 속도로 위로 솟구치게 되는 것이다. 또한 김연아 선수와 오서코치의 인터뷰 내용에 따르면 김연 아 선수는 점프 준비 과정에서부터 최대의 각운동량을 얻기 위한 동작을 한다. 오 른쪽 그림에서 나타난 것과 같이 김연아 선수의 점프 전 팔의 위치를 보면 오른쪽 어개와 왼쪽 어깨를 대각선으로 벌리고 점프직전 회전시켜 최대의 회전을 만들어낸 다. 이러한 동작은 온 몸으로 이어지는데, 발목과 무릎, 엉덩이, 팔을 동시에 빠르게 휘감아 최대의 회전력을 만들어주어 각운동량을 극대화한다. 이것이 다른 선수들과 월등하게 차이가 나는 김연아 선수의 점프의 비밀이다.
2. 각운동량 보존과 회전
이제 공중에 날아오른 스케이터는 빠르게 회전하기 위해 각운동량 보존 법칙을 이용한다. 각운동량 보존 법칙이란 외부에서 물체에 힘이 작용하지 않는다면 물체 가 가진 각운동량은 항상 변함없이 일정한 값으로 보존된다는 물리 법칙이다. 반대
로 물체에 회전력을 가하면 그만큼 물체의 각운동량은 증가한다. 팽이치기를 생각 해보자. 우리는 팽이를 빠르게 돌리기 위해서 끈 등으로 만든 채로 팽이 옆면을 빠 르게 쳐서 회전력을 가하고 이에 비례해서 팽이는 빠르게 회전한다. 이것은 바로 팽이에 회전력을 가하여 팽이의 각운동량을 증가시키는 것이다. 여기서 각운동량은 물체의 운동량(질량과 속도의 곱)과 반지름(물체와 회전축 사이의 거리)을 곱한 값 이다.
이제 피겨스케이팅의 원리로 돌아오자. 이미 공중에 솟아오른 상태에서는 회전력 을 가할 수가 없기 때문에 각운동량은 보존된다. 그렇다면 각운동량은 보존되는 상 태에서 빠르게 회전하기 위해서는 어떻게 해야 할까? 이때 김연아 선수와 같이 뛰 어난 선수들은 공중에서 어깨, 팔, 발을 최대한 회전축 중심으로 모아붙이는 동작을 통해 매우 빠른 회전 속도를 얻는다. 즉, 각운동량은 운동량과 반지름의 곱이므로, 반지름을 최소로 만들어 최대의 회전속도를 낼 수 있도록 하는 것이다. 공중에 떠 있는 매우 짧은 순간 동안 이렇게 온몸의 자세를 제어할 수 있기 위해서는 김연아 선수처럼 타고난 재능과 연습량이 없이는 불가능하다는 것이 전문가들의 의견이다.
<학생용 활동지>
03. 내가 만드는 스키점프대
스키점프는 어떤 경기일까?
▪ 영화 ‘국가대표’를 보면 스키점프를 하는 모습을 많이 볼 수 있다. 마치 새가 된 것처럼 멀리 날아가는 스키점프는 어떤 경기인지 알아보자.
▪ 스키점프에 관련된 과학개념은 무엇이 있을까? 예를 들어 설명해보자.
실험 내가 만드는 스키점프대
☼ 실험목표
간단한 도구를 이용하여 스키점프대를 만들어보고 가장 멀리 쇠구슬을 날려보내기 위한 궤도는 어때야 하는지 알아보자.
☼ 실험 시 유의사항
쫄대를 휠 때 꺾이지 않도록 주의한다.
☼ 지도 시 주의사항
칼이나 가위를 사용하는 경우에 안전사고에 유의하도록 지도한다.
☼ 실험 준비물
쫄대(약 1m), 자(가위), 테이프, 쇠구슬
☼ 실험방법
1. 쫄대를 스키점프대와 비슷한 모양의 경사를 만든다. 쇠구슬을 굴려 쇠구슬이 어느 곳에 떨어 지는지 측정한다.
2. 쇠구슬이 출발하는 높이를 변화시키면서 쇠구 슬이 나아가는 거리가 어떻게 변화하는지 관찰 한다.
3. 쫄대 1 m를 사용하여 쇠구슬이 가장 멀리 나갈 수 있는 나만의 스키점프대를 설계해 보자.
이때 자신이 만든 스키점프대의 특징을 설명하 고 이런 모양으로 설계한 이유는 무엇인지 과학 적으로 설명한다.
☼ 실험 결과 및 토론
1. 쇠구슬이 출발하는 높이와 쇠구슬이 나아가는 거리와는 어떤 관계가 있는가?
2. 쫄대 1m를 이용하여 나만의 스키점프대를 설계해보자. 설계도를 그리고 특징을 과학적으로 설명해보자.
설계도 특징
3. 가장 쇠구슬이 멀리 날아가는 스키점프대는 어떤 것인가? 그 스키점프대의 특징 을 과학적으로 설명해보자.
융합인재교육(STEAM) 주제별 프로그램 개발 - 스포츠 과학
과학적인 스포츠화를 디자인할 수 있을까?
고등학교용
축구 황제 ‘펠레’의 축구화
<사진출처 : 위키백과>
펠레의 축구화
축구화가 전 세계의 이목을 집중시킨 것은 1970년 멕시코 월드컵에서 있었던 ‘펠레의 축구화’사건부터다. 이탈리아와의 결승전에 나선 브라질의 영웅 펠레는 경기 도중 축구화 끈이 풀렸다고 그라운드에 주저 앉아 끈을 다시 묶었고 그 순간 축구화 메이커가 수십초 간 전세계인에게 노출됐다. 그 덕분에 축구화 회사는 상당한 인지도를 누리게 되었다.
최근들어 축구화를 앞세운 마케팅 전쟁은 더욱 심화되고 있다. 유명 스포츠 용품사는 각자의 노하우와 첨단 기술을 접목시켜 매 월드컵마다 신제품을 출시하고 스타 플레이어들과 광고 계약을 맺는 등 천문학적 금액을 쏟는다. 하지만 일부 선수들은 여전히 자신의 발에 맞춘 수제 축구화를 즐겨 신는다. 이탈리아, 독일 등에는 이러한 유명 선수를 위한 수많은 개인 공방이 운영되고 있다.
축구화에 민감한 선수들은 잔디 상태와 날시에 맞춰 각기 다른 가죽 재질과 스터드로 된 축구화를 신는다. 과거 수원에서 활약했던 최초의 100만달러 용병 바데아는 무려 6결레의 각기 다른 성격의 축구화를 항상 챙겨 다녔다.
01. 축구 속 과학은 무엇이 있을까?
<사진출처 : 타임지>
제1의 메시, 새로운 축구의 신이라는 찬사를 받는 리오넬 메시.
제 2의 메시가 되기 위한 시작은 바로 공을 내 것으로 만드는
볼 트래핑!!
볼트래핑이란?
트래핑이란? 축구에서 패스된 공을 구질에 따라 발·허벅지·이마·가슴 등을 이용해 멈추게 하는 일이다.
▪ 볼 트래핑을 설명하기 위해 어떤 과학적 원리가 필요할까요? 축구 선수들의 화려한 볼트래핑 동영상을 보며 생각을 적어봅시다.
<사진출처 : http://www.nemopan.com/3336148>
볼트래핑의 비밀을 풀어봅시다
체 험 볼트래핑 속의 과학을 체험으로 확인해보아요.
☼ 실험목표
볼트래핑에서 사용된 과학적 원리를 찾아낼 수 있다.
☼ 실험 시 유의사항
1. 교실에서의 체험이므로 안전 사고에 주의한다.
☼ 지도 시 주의사항
1. 몸에서 최대한 가까이 떨어뜨리는 것이 목적이다.
☼ 실험 준비물
각 모둠당 탁구 라켓 2개, 탁구공 2개
☼ 실험방법
1. 2인 1조가 되어 실험을 하며 실험 테이블을 사이에 두고 마 주보며 준비를 한다.
<출처 : 연합뉴스>
2. 서버가 탁구공이 리시버의 몸쪽을 향하도록 라켓을 이용해 보낸다.
<출처 : 연합뉴스>
3. 리시버는 탁구공을 최대한 자신의 몸에 가까이 떨어지도록 라켓을 이용해 받아 낸다.
4. 가까이 떨어뜨리기 위해 어
☼ 실험 결과 및 토론
1. 리시버가 탁구공을 가까이 떨어뜨리기 위해서 어떤 방법을 사용해야 했나요?
답안)
2. 리시버가 탁구공을 받는 과정에서 사용된 과학적 원리는 무엇이 있나요?
답안)
☼ 실험 원리
운동량 - 물체의 운동 규모와 관련된 물리량으로써, 질량이 이고, 속도가 인 물체의 운동량은 로 정의하고, 단위로는 kg・m/s를 사용한다. 만일 물체가 운동하는 동안에 질량이 변하지 않는다면 뉴턴 운동 법칙은 힘 가 일정한 경우
로 나타낼 수 있다.
운동량 보존 - 물체에 알짜힘이 작용하지 않는다면 그 물체의 운동량은 항상 같 다.
<출처 : Dominique Toussaint at en.wikipedia.com>
충격량 - 일정 시간동안 어떤 물체에 작용한 힘의 총량으로 로 정의하고, 단위는 N・a를 사용한다.
<출처 : http://blog.naver.com/sjs4212/70146942250>
운동량과 충격량의 관계 - 물체가 운동하는 동안 질량이 변하지 않는다면
이다. 즉, 물체에 가해진 충격량은 물체가 가진 운동량의 변화와 같다.
축구화 바닥은 어떻게 생겼을까?
축구화 바닥의 돌기는 선수가 가속하는 순간 신발이 지면에서 미끌어지지 않고 원 하는 방향으로 이동하기 위해 꼭 필요한 것이다. 신발과 지면과의 역학적 관계를 고려하여 설계되었으며 그 재질 또한 중요하다. 이러한 돌기를 스터드라고 부르며 스터드가 경기력을 크게 향상시키고 있다. 그러나 선수의 몸무게가 신발 아래의 스 터드로 집중되면 경기 후 발바닥에는 물집이 생길 수 밖에 없다. 그 점을 보와하기 위해 신발 밑창에 알루미늄 등으로 만들어진 압력 분산판을 넣는다. 또한 둥근 모 양이 아닌 다양한 모양의 스터드를 개발하여 압력을 분산시키고 방향 전환 등 가속 운동을 쉽게 할 수 있도록 도와주고 있다.
축구화 바닥은 왜 울퉁불퉁 할까요?
실 험 진동카를 이용해 축구화 속의 과학을 알아보자.
☼ 실험목표
축구화 바닥이 울퉁불퉁한 이유를 진동카를 통해 알아보도록 한다.
☼ 실험 시 유의사항
1. 칼이나 가위를 이용할 때 다치지 않도록 주의 한다.
☼ 지도 시 주의사항
1. 진동카를 만드는데 시간이 많이 걸릴 수 있으므로 모터가 연결된 몸통 부분은
☼ 실험 준비물
CD, 테이프, 모터, 건전지, 건전지 스위치, 병뚜껑, 클립, 두꺼운 종이, 나무 젓가락
☼ 실험방법
1. 2인 1조가 되어 CD를 이용 해 진동카의 몸통을 만든다.
2. 몸통에 건전지 끼우개와 모 터를 고정시키고 모터에 병뚜껑 을 중심에서 조금 벗어나게 고 정 시킨다.
3. 나무 젓가락 또는 클립 등 다양한 재료를 이용해 다리를 만든다. 이때 진동에 의해 앞으 로 갈 수 있도록 다리를 설계한 다.
<출처 : http://cafe.naver.com/iamgenius/3160>
4. 가장 빨리 목표지점에 도달 하는 진동카를 찾아보자. 진동 카는 어떤 원리에 의해 앞으로 가는지 생각해보자. 원하는 방 향으로 진행하도록 만들어보자.
☼ 실험 결과 및 토론
1. 진동카를 앞으로 진행시키기 위해 다리의 구조를 어떻게 만들었나요?
답안)
2. 진동카가 앞으로 진행하는 과정에서 사용된 과학적 원리는 무엇이 있나요?
답안)
☼ 실험 원리
가속도의 법칙 - 가속도는 말 그대로 속도가 더해지는 정도를 나타내는 물리량이 다. 수학적으로 속도를 시간에 대해 미분하면 가속도가 나온다. 즉, 가속도란 시 간에 따른 속도의 순간적인 변화량이다. 뉴턴은 1687년 발표한 <자연철학의 수학 적 원리(프린키피아)>에서 자신의 두 번째 운동 법칙을 다음과 같이 기술하였다.
“운동의 변화는 가해진 힘에 비례하여 힘이 가해진 직선 방향으로 일어난다.”
여기서 운동의 변화는 운동 상태의 변화를 말하는데 뉴턴이 생각했던 운동 상태 는 운동량(momentum)이라는 물리량으로 표현된다.
이 방정식의 뜻을 말로 표현하면, 질량 에 힘이 작용하면 이 물체의 속도가 변 한다는 뜻이다. 그러니까 뉴턴 역학에서의 힘이란 물체의 속도변화의 요인이 되 는 무엇이다. - 네이버 캐스트
작용 반작용의 법칙 - 로켓이 자체 추진력을 얻는 원리는 작용-반작용의 법칙으 로 쉽게 설명할 수 있다. 뉴턴에 의하면
“모든 작용에는 크기가 같고 방향이 반대인 반작용이 항상 존재한다. 즉 두 물 체가 서로에게 미치는 힘은 항상 크기가 같고 방향이 반대이다.”
<출처 : 네이버 캐스트>
여기서 작용(action)이란 엄밀하게 말해서 운동량(momentum)에 해당하는 물리량이 다. 고립된 물리계에서 운동량이 생긴다면 그와 똑같은 크기의 운동량이 반대 방 향으로 생긴다. 이렇게 생긴 운동량의 시간에 따른 변화가 곧 힘으로써 항상 크 기가 같고 방향이 반대이다.
벡터의 분해 - 같은 효과를 내는 두 개 이상의 벡터를 구 하는 것이다. 이 벡터를 성분 벡터라고 한다. 벡터를 대각 선으로 하는 평행사변형을 그리면 이웃한 두 변이 분해된 성분 벡터가 된다. 분해하는 방향은 임의로 정할 수 있어
02. 풋살 속 과학은 무엇이 있을까?
<출처 : 네이버 지식백과>
풋살(Futsal)이란 용어는 스페인어 또는 포르투갈어로 ‘축구’를
의미하는 ‘FUTbol’ 또는
‘FUTebol'과 ‘실내’를 의미하는 프랑스어 ‘SALon' 또는 포르투갈어의 ’SALa‘를 합성하여
만들어졌다.
풋살이란?
<출처 : 네이버 지식백과>
풋살은 5명이 한팀을 이루고 가로 20m, 세로 40m의 작은 경기장에서 가로 3m, 세로 2m의 골문에 차 넣는 경기이다. ‘미니 축구’나
‘길거리 축구’로 불리며 공의 크기는 4호 (축 구공은 5호)이다. 배구장만한 공간만한 크기이 기 때문에 속도감이 매우 뛰어나다. 심한 태클 이나 슬라이딩 태클은 금지된다. 따라서 빠른 순발력과 판단력 및 정교한 기술 등이 요구된 다.
브라질의 축구스타 펠레나 베베투, 호나우두는 모두 풋살 선수 출신이다. 남미와 유럽 미주에 서는 풋살을 하다 축구 선수로 전압하는 일이 흔하다. 우리나라에는 1996년 강원도 홍천에 풋 살타운이 처음 세워졌으며, 2002년 2월 대한풋 살협회가 발대식을 갖고 공식활동을 시작했다.
(네이버 지식백과)
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 며 상대방에게 패스해보자.
☼ 실험 결과 및 토론
1. 서버가 탁구공을 바나나킥과 같이 휘어지도록 만들려면 어떻게 공을 쳐야 하 나요? 공이 휘어지는 이유는 무엇때문인가요?
답안)
2. 서버가 탁구공을 지면에 닿은채로 리시버에게 보낼 때 공에 회전을 주면 어떻 게 될까?
답안)
☼ 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, 각 운동량의 시간에 대한 변화가 없고, 그 결과 각운동량이 보존된다. 질량 인 물 체가 어떤 회전의 중심으로부터 만큼 떨어져 선속도 로 운동하고 있다면, 이 물 체의 각운동량 이다. 이 때 회전 운동에서 주로 사용하는 각속도로 선속도 를 표현하면 이므로, 로 나타낸다. 는 회전운동에서 질량 의 역학을 하는 물리량으로 회전관성이라고 한다. (네이버 캐스트)
○ 마그누스 효과(베르누이 정리) - 유체 속에서 회전하는 물체가 회전에 의해 흐 름이 가속되는 쪽에서 유속과 회전축에 모두 수직인 힘의 작용을 받는 현상. 즉, 회전하는 원주 모양의 물체에 흐름이 직각으로 부딪치면, 그 물체는 흐름에 직각 방향인 힘을 받는다. 원주 모양뿐만 아니라 구와 같은 3차원적인 물체가 회전하 는 경우에도 마그누스 효과가 성립된다. 즉 구 모양의 물체는 흐름과 회전축 모 두에 직각 방향의 힘의 작용을 받는다. 야구 경기에서의 커브볼은 마그누스 효과 를 설명해 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.
MTB 타이어 로드바이크용 타이어
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?
답안)
2. 고무 밴드를 감은 경우와 감지 않은 경우 시간을 비교하면 어떻게 다를까?
답안)
☼ 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.
03. 나만의 스포츠화를 디자인 할 수 있을까?
박지성이 직접 신고 경기를 했다고 알려진 축구화입니다. 유명 선수가 신어서 덩달아 유명해진 축구화도 있습니다. 내가 직접 유명 선수를 위한 축구화를 디자인하고 설계해
봅시다.
다양한 축구화 풋살화
메시 축구화 호나우지뉴 축구화
축구・풋살화를 디자인하고 설계해보자.
설 계 나만의 스포츠화를 디자인하고 설계해보자.
☼ 실험목표
과학적 원리를 이용해 기능성이 우수하고 디자인이 뛰어난 스포츠화를 설계할 수 있다.
☼ 실험 시 유의사항
1. 기존에 있는 것을 단순하게 보고 따라하는 것이 아니라 스스로 창작할 수 있 도록 한다.
☼ 지도 시 주의사항
1. 학생들이 자신있는 방법으로 설계할 수 있도록 유도한다. 그림을 그리면서 설 계를 하거나 칼라 점토를 이용해 직접 제작하며 설계를 하는 등 다양한 방법으로 설계할 수 있도록 한다.
☼ 실험 준비물
색연필, 색지점토, 고무찰흙
☼ 설계 과정
1. 보고서 양식에 맞춰 설계하 고 싶은 스포츠화를 구상해본 다.
2. 색연필, 지점토, 고무 찰흙등 다양한 재료를 이용하여 축구화 또는 풋살화를 그리거나 만들어 본다.
3. 스포츠화를 설계하며 새롭게 추가된 내용을 보고서에 기록한다.
☼ 축구·풋살화 구상하기
1. 스포츠화를 통해 나타내고 싶은 이미지가 무엇인지 적어보자. 예를 들어 전체적인 모습에서 호랑이를 표현하고 싶다거나 따뜻하고 포근 한 곰돌이 인형의 이미지를 표현 하고 싶다. 아니면 추상적인 이미 지도 가능함. 떠오른 이미지를 간 략하게 표현해보자.
2. 나만의 스포츠화를 제작할 때 고려하고 싶은 과학적 내용은 무 엇인지 적어보자.
3. 축구·풋살에서 어느 포지션에 적합한 스포츠화를 제작하고 싶은 지를 결정하고 그에 맞춘 바닥의 디자인을 생각해보고 대략적인 모 양을 그려보자.
4. 색연필을 이용해 도안지 그리거 나 지점토, 고무찰흙을 이용해 만 들면서 추가적으로 고려한 부분이 무엇인지 적어보자.
☼ 실험 원리
축구화 속의 과학
축구화는 포지션별로 다르게 제작되고 있다. 공격수 축구화의 바닥에는 스터드 의 숫자가 많아 방향을 능동적으로 바꾸기 수월하다. 반면 수비수는 한 방향으로 빨리 달려야 하기 때문에 스터드의 숫자가 적다. 그리고 수비수는 지면을 깊숙이 디뎌 한쪽 방향으로 강하게 움직일 수 있도록 길고 폭이 좁은 스터드를 사용한 다. 능동적으로 빠르게 방향 전환을 하는 공격수는 바닥을 덜 파고 들도록 짧고 폭이 넓은 스터드를 사용한다.
수비수 이영표의 축구화 공격수 루니 축구화
축구 선수들이 한 경기를 뛸 때 발이 받는 압력과 충격은 엄청나다. 이러한 충 격을 받는 부위도 축구 선수마다 다르기 때문에 해당 선수에게 최적화된 맞춤 축 구화가 나온 것이다. 많이 뛰는 박지성 선수는 고성능 쿠션과 캥거루 합성 가죽 으로 발의 피로를 최소화했다. 리오넬 메시는 빠른 몸놀림을 위해 한 켤레의 무 게가 330g인 초경량 축구화를 신는다.
나라별로 잔디 상황이 다르다. 잔디가 짧고 땅이 단단한 우리나라에서는 축구화 가 땅에 박혀 부상 당하지 않도록 짧고 넓은 스터드가 사용되고, 잔디가 길고 땅 이 무른 유럽에서는 긴 금속 소재의 스터드가 사용된다.
경기력의 20%를 차지하는 축구화이기 때문에 경기복은 같아도 축구화는 선수마 다 제각각일 수밖에 없다.
04. 나만의 스포츠화 홍보하기
<출처 : HDL의 중국잡지광고>
잡지속에 등장한 택배회사의 광고입니다. 하루에도 수십편에서 수백편의 광고 영상, 사진, 문구를 접하고 있습니다. 이중에서 우리의
관심을 끄는 광고는 몇개나 되었나요? 아무리 제품을 잘 만들어도 광고가 제대로 되지 않는다면 소용이 없겠죠. 지금부터 세상에 하나뿐인 나만의 스포츠화를
광고해볼까요~
무엇을 강조하고 싶은가?
스피드를 강조한 ups 광고 편안한 발을 강조한 허쉬파피 광고
☼ 나만의 스포츠화 홍보하기
1. 나만의 스포츠화에 포함된 과학 적 원리는 무엇이 있는가?
2. 나만의 스포츠화에서 가장 강조 하고 싶은 디자인이나 설계 구조 는 무엇인가?
3. 다른 학생의 스포츠화에서 인상 적인 내용을 적어보자.
4. 다른 학생들의 홍보를 본 후 나 만의 스포츠화에 추가하거나 수정 할 내용은 무엇이 있는가?
융합인재교육(STEAM) 주제별 프로그램 개발 - 스포츠 과학
내가 운동 선수의 트레이너가 된다면?
고등학교용
올림픽 대표 선수로 선발되기 위한 동해의 꿈
동해 선수의 꿈
올해로 올림픽 대표 선수 선발에 세 번째 출전하는 동해 선수의 목표는 이번이 마지막 기회라고 생각하고 사력을 다하는 것이다. 그런데 그동안 400m 달리기 선수로 출전했던 그가 이번에는 100m 경주에 도전하기로 하였다. 두 종목 다 짧은 거리를 전력 질주해야 하는 단거리 종목이긴 하지만 100m 달리기는 순간적인 파워업이 더욱 필요한 종목이라 훈련법도 많이 다를 거라 예상이 된다.
동해 선수가 100m 달리기 선수로 올림픽 대표 선수에 뽑히기 위해서 어떤 훈련법과 체력 단련 및 식이요법을 하면 좋을 지 여러분이 한 번 트레이너가 되어 볼까요?
<학생용 활동지>
01. 운동선수의 식단을 짜보아요.
금메달 밥상 - 박태환 선수의 저 녁 식사 메뉴이다. 금메달을 딴 박 태환 선수는 체력 관리를 위해 하 루의 식사를 어떤 식단으로 메뉴를 구성하고 하루에 필요한 열량을 얻 을까?
나의 식단의 열량 계산해 보기
▪ 오늘 아침에 먹은 식사 메뉴를 그려 보자.
(예시)
▪ 내가 먹은 한 끼 식사, 영양은 적당한지 알아볼까요?
참고 사이트에 식단 입력하고 나의 식단 영양 평가표를 작성해 보자.
( http://www.kfda.go.kr/nutrition/foodlife/07/07_04.htm )
▶ 식단영양평가
음식 열량
(Kcal)
단백질 (g)
칼슘 (mg)
철분 (mg)
나트륨
(mg) 비타민A
리보플 라빈 (mg)
합계
하루에 필요한 열량 계산하기
식단을 짜려면 자신에게 필요한 하루 열량이 얼마인가를 알아야 한다. 하루 자 신에게 필요한 열량은 연령, 성별, 체중의 증감, 평소 섭취량 및 자신의 키와 활동 정도에 따라 달라진다.
자신에게 하루에 필요한 열량을 알려면, 브로카 변형 공식을 이용하여 자신의 이상 체중을 계산하고 활동에 맞는 체중 1kg당 열량 요구량을 알아 이상 체 중에 ‘활동별 열량’을 곱하면 된다.
(1) 이상 체중 IBW(Ideal Body Weight)-브로카 변형 공식
신장(키) IBW(Ideal Body Weight) 150cm 이하 IBW=신장-100
150~160cm IBW=((신장-150)÷2)+50 161cm 이상 IBW=(신장-100)×0.9
(2) 활동정도에 따른 열량 요구량 활동별 열량(kcal)
체중 가벼운 활동 보통 활동 심한 활동
비만 20~25 30 35
정상 30 35 40
체중 미달 35 40 45~50
• 가벼운 활동 : 거의 하루 종일 앉아서 사무를 보고, 걷거나 운동을 하는 일이 드물다,(예: 일반 사무직, 타자 치기, 바느질, 운전, 기타 앉아서 하는 일)
• 보통 활동 : 걷기, 자전거 등의 가벼운 운동을 정기적으로 한다.
(예 : 보통으로 걷기, 재단, 야구, 배구, 탁구, 자전거 등을 오락으로 함) • 심한 활동 : 1주일에 4~5회는 달리기, 핸드볼, 수영 등의 심한 운동을 한다.
(예 : 짐 들고 언덕 오르기, 삽질, 막노동 빨리 걷기 등)
비만도(%)=(실측 체중-표준 체중) ÷ 표준 체중 ×100
병적으로 마름
마름
(체중미달) 정상 과체중 비만
-21% 이하 -10~-20% ±10% 미만 +10~+20% +20%이상
[1일 필요한 열량(kcal) 산정의 예]
1일 필요 에너지(kcal) = 이상 체중(kg) ×활동별 에너지(kcal) 예) 신장 170cm, 체중 65kg인 사람의 1일 필요 열량은?
이상 체중 = (170-100) × 0.9 = 63kg
정상 체중으로 보통 활동을 하는 사람의 활동별 열량 : 35kcal 1일 열량 필요량 = 이상 체중 × 활동별 열량 = 63 × 35 =2,205 kcal 필요
▪ 자 그럼, 자신이 맡은 운동선수에게 하루에 필요한 열량을 계산해 볼까요?
(신장 : 180 cm, 체중 : 70 kg )
계산해보기 운동선수의 식단에 대한 열량을 계산해보아요.
▪ 올림픽에서 금메달을 획득한 박태환 선수의 3끼 식단이 공개되었다.
아침 조식 : 식빵 8~10조 각, 커피 우유, 자몽 1개
점심 : 흰 쌀밥, 된장찌 개, 계란말이, 김
저녁 : 퓨전 스시 10~15 접시(20~30개), 오렌지 쥬 스
▪ 열량 계산 사이트를 이용하여 매 끼의 식단에 식단 영양평가표를 만들어 보고 식단의 특징을 서술해 보자.
▶ 식단영양평가 (아침)
음식 열량
(Kcal)
단백질 (g)
칼슘 (mg)
철분 (mg)
나트륨
(mg) 비타민A
리보플 라빈 (mg)
합계
▶ 식단영양평가 (점심)
음식 열량
(Kcal)
단백질 (g)
칼슘 (mg)
철분 (mg)
나트륨
(mg) 비타민A
리보플 라빈 (mg)
합계
▶ 식단영양평가 (저녁)
음식 열량
(Kcal)
단백질 (g)
칼슘 (mg)
철분 (mg)
나트륨
(mg) 비타민A
리보플 라빈 (mg)
합계
설 계 내가 맡은 운동선수의 식단을 구성해 보자.
☼ 내가 맡은 운동선수의 체중 조절을 위해서 하루의 식사 메뉴를 구성해 보아요.
특이사항 - 스트레스를 받으면 소화가 잘 안 된다.
체내 콜레스테롤 수치가 조금 높다.
스트레스로 인해 숙면을 못 취할 때가 종종 있다.
해 보 아 요 !
운동선수의 체중에 따른 하루 영양권장량을 고려하여 하루의 식단 메뉴를 구성해 보아요.
• 체중 : 65kg
• 하루 영양 권장량 :
▶ 아침 식단
음식 열량
(Kcal)
단백질 (g)
칼슘 (mg)
철분 (mg)
나트륨 (mg)
비타민 A
리보플 라빈 (mg)
합계
해 보 아 요 !
▶ 점심 식단
음식 열량
(Kcal)
단백질 (g)
칼슘 (mg)
철분 (mg)
나트륨 (mg)
비타민 A
리보플 라빈 (mg)
합계
▶ 저녁 식단
음식 열량
(Kcal)
단백질 (g)
칼슘 (mg)
철분 (mg)
나트륨 (mg)
비타민 A
리보플 라빈 (mg)
합계
• 각 식단 구성에서 주요 특징에 대해 설명해 보자.
<학생용 활동지>
02. 우샤인 볼트, 최고 속도의 비밀을 알아보아요.
100m 달리기 세계신기록 보유자 우샤 인 볼트의 레이스의 비밀 - 큰 덩치와 장신의 키가 100m 달리기 선수에게는 단점임에도 불구하고 그것을 장점으로 승화한 과정에서 동해 선수의 훈련 방 법을 모색해 보자.
아사파 파웰과 우샤인 볼트 선수의 비교
▪ 다음 동영상을 시청하고 아래 질문에 답해 보자.
20120601 우샤인 볼트 - 질주의 비밀
http://www.youtube.com/watch?v=S2qsvt3rDBk
▪ 스타트 구간의 반응 속도의 비교
출발 후 30m 정도의 스타트 구간에서 볼트와 파월 선수의 반응 속도를 비교하 고 볼트 선수의 운동을 분석해 보자.
사람 반응 속도(m/s)
우샤인 볼트
아사파 파월
▪ 30m~80m 까지 가속 구간에서의 보폭의 비교
볼트와 파월의 보폭을 비교하고 볼트의 장점을 써 보자.
사람 보폭
우샤인 볼트 아사파 파월
▪ 80m~finish 까지 스퍼트 구간에서의 걸음 수 비교 볼트와 파월의 걸음수를 비교하고 볼트의 장점을 써 보자.
사람 100m 달리기에서 총 걸음수 우샤인 볼트
아사파 파월
동해 선수과 우샤인 볼트 선수의 비교
▪ 스타트 구간의 반응 속도의 비교
출발 후 30m 정도의 스타트 구간에서 볼트와 동해 선수의 반응 속도를 비교해 보자.
사람 반응 속도(m/s) 우샤인 볼트 0.146
동해 선수
▪ 30m~80m 까지 가속 구간에서의 보폭의 비교 볼트와 동해 선수의 보폭을 비교해 보자.
사람 보폭
우샤인 볼트 2m 44cm 동해 선수
▪ 80m~finish 까지 스퍼트 구간에서의 걸음 수 비교 볼트와 동해 선수의 걸음수를 비교해 보자.
사람 100m 달리기에서 총 걸음 수
우샤인 볼트 41회
동해 선수
▪ 동해 선수가 볼트 선수에 비해 부족한 부분이 무엇인지 비교하여 써 보자.
분석해보기 내가 맡은 운동선수의 체력 및 경기 능력에 대해 알아보아요.
▪ 박태환 선수의 체력 상태를 비교해 보아요.
2008.9.22 2010.11.20
http://y-gym.kr/50116723792
▪ 1500m에서 800m로 주 종목을 바꾸면서 어떤 부분에 집중적인 훈련을 한 모습 인지 관찰하여 써 보자.
분석해보기 내가 맡은 운동선수의 체력 및 경기 능력에 대해 알아보아요.
▪ 운동선수의 훈련 및 대회 장면을 분석하여 기록이 향상되지 않는 이유를 찾아 보아요.
▪ 다음 동영상을 보고 운동선수의 어떤 부족한 면을 보완하기 위한 훈련인지 분석 하여 보아요.
Speed Training/ Sprint Speed/Run Faster -
http://www.youtube.com/watch?v=I4prDX-Z-Ho&feature=related
1. 훈련 목표는 무엇인지 써 보자.
2. 구체적인 훈련 방법을 써 보자.
<학생용 활동지>
03. ‘Tracker’ 프로그램을 이용하여 운동을 분석해 보아요.
멀리뛰기 하는 선수의 무게 중심 의 위치 변화를 ‘Tracker'라는 프 로그램을 이용하여 분석해 볼까요?
슬링키(매직스프링)의 낙하 운동 예상하기
▪ 슬링키가 어떻게 떨어질지 예상해 보아요.
▪ 다음 동영상을 보고 정답을 발견해 보아요.
Slow motion slinky drop 100fps
http://www.youtube.com/watch?v=8UimHnsWSBc
실 험
슬링키 낙하 실험하기☼ 실험목표
1. 질량이 한 점에 모여 있지 않은 용수철이 낙하할 때 어떤 운동을 하는지
‘Tracker'프로그램을 이용하여 분석할 수 있다.
2. 질량 중심의 위치 변화를 설명할 수 있다.
☼ 실험 준비물
슬링키(매직 스프링), 색깔 테이프, 가위, 칼, 카메라, 노트북, Tracker 프로그램
☼ 실험방법
1. 슬링키의 한 쪽 끝부터 시작하여 7 번째 고리마다 서로 다른 색 테이프를 붙여 위치를 표시합니다.
2. 슬링키를 낙하시킬 장소를 찾고 핸 드폰카메라 또는 디지털카메라로 촬영 준비를 합니다.
3. 촬영하기 전에, 낙하하는 곳 근처에 길이를 알고 있는 물건이나 자를 화면 에 함께 찍힐 수 있도록 놓습니다. (스 케일의 기준이 됩니다.)
4. 슬링키를 흔들리지 않도록 수직으로 늘어뜨리고 바닥에서 적당한 거리 위 에 위치하도록 합니다.
5. 핸드폰카메라 또는 디지털카메라로 슬링키가 낙하하는 모습을 촬영하고,
☼ 실험 결과 분석
1. 'Tracker'를 이용한 운동 분석 프로그램을 활용해 보자.
# 다음 페이지의 활동지를 이용하여 프로그램 분석 방법을 숙지한다.
2. 물체의 운동을 나타내는 방법을 활용한 운동 분석을 계획하여 실행해 보자.
< Tracker를 이용한 운동 분석 >
① 운동분석프로그램인 Tracker를 설치하여 실행시킨다.
② [파일]-[열기]에서 동영상 파일을 불러온다.
③ 하단의 ▶버튼을 눌러 동영상을 재생시키고 낙하시작프레임과 낙 하종료프레임 번호를 체크한다.(프레임번호는 왼쪽 하단에 빨간 글 씨로 나와 있습니다.)
④ 프레임설정 : 상단의 클립설정 버튼 을 누르고 시작프레임과 끝 프레임 번호를 입력한다.
⑤ 스케일 조정 : [트랙]-[새트랙]-[교정도구]-[교정막대자]를 클릭하고, 교정막대자의 위치와 길이를 조정하여 화면에 찍힌 자와 일치하도 록 조정한다. 교정막대자의 눈금을 더블클릭하여 실제 길이(30cm 자의 경우 0.3m)로 수정한다.
⑥ 좌표축 설정 : 버튼을 클릭하면 좌표축이 화면에 나타난다. 좌 표축의 교차점을 클릭하여 원점을 조정하고, 좌표축 위에 있는 눈 금을 마우스로 끌어 +x축의 기울기를 설정한다.
⑦ 질점의 위치 나타내기 :
- [트랙]-[새트랙]-[질점] 질점A를 클릭하면 트랙컨트롤 창이 나타납 니다. 트랙컨트롤 창의 질점A를 클릭하고 “자동찾기”메뉴를 누릅니 다. 자동찾기:질점A의 위치 창이 나타납니다.
- 마우스로 화면을 클릭하고 shift키와 ctrl키를 동시에 누른 채로 마우스로 슬링키의 top부분의 테이프 위치를 클릭하면 질점A의 모습이 입력됩니다. 버튼을 누르 면 다음 프레임에서의 질점A의 위치도 자동으로 찾아줍니다. 단 슬링키의 윗부분이 합 쳐져 흐리게 찍혔을 경우 적당한 위치에 Shift키+마우스 클릭을 해주어 수동으로 위치 를 설정해줍니다.
- 슬링키의 나머지 5개 부분에 대해서도 같은 방식으로 위치를 설정해주면, 오른쪽 창 에 시간에 따른 슬링키의 각 부분의 위치에 대한 데이터가 그래프와 표로 나타납니다.
⑧ 데이터 분석하기 :
- [창]-[데이터분석] 메뉴를 선택하면 “데이터도구”창이 나타납니다.
에서 t행의 데이터를 블록 설정하고 마우스 오른쪽 버튼을 눌러 [데이터복사]-[숫자]를 클릭하여 데이터를 복사합니다. “데이터도구”창으로 다시 돌아와 첫 번째 행에 t행의 데이터를 붙여넣기 합니다.
- 질점A의 표에서 x행의 데이터도 블록 설정 후 복사하여 “데이터도구”의 표에 붙여넣기 합니다. 질점B,C,D,E,F에 대해서도 x행의 데이터를 블록 선택하여 복사한 후 “데이터도 구”의 표에 붙여넣기하면 모든 질점에 대한 데이터가 입력됩니다. 모든 질점의 위치에 대한 데이터가 수합되며 그래프에는 각 점의 시간에 다른 위치가 나타납니다.
⑨ <추가> 질량중심의 운동 나타내기
- [트랙]-[새트랙]-[질량중심]을 클릭하면 “질량중심” 창이 나타나며 어 떤 물체들의 질량중심을 나타낼지 선택할 수 있습니다. 질점A~F까 지 모든 점을 클릭하면 슬링키의 대략적인 질량중심의 위치를 파악 할 수 있습니다.
