모든 조 공통 실험 시간에 대한 위치측정(움직임에 대한 이해) 시간에 대한 속도측정(속도에 대한 이해)

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1 모든 조 공통 실험 시간에 대한 위치측정(움직임에 대한 이해) 시간에 대한 속도측정(속도에 대한 이해)
모션센서 CI-6742A , ,000 삼발이와 지지대 ME , ,000 사이언스워크샵500 CI , ,000 1,056,000

2 장비수령 및 확인 부품이 하나라도 부족한 경우 수령하지 말 것!! 높이 조절용 나사 삼발이와 지지대(ME-9355)
모션 센서(CI-6742A) 높이 조절용 나사 삼발이와 지지대(ME-9355) 부품이 하나라도 부족한 경우 수령하지 말 것!! 인터페이스 500(CI-6400)

3 실험의 목적 ① Data Studio 프로그램 사용법 익히기 ② 인터페이스 500 인터페이스 사용법 익히기 ③ 시간에 대한 위치변화 그래프 그리기 및 분석하기 ④ 시간에 대한 속도변화 그래프 그리기 및 분석하기

4 장비설치하기 높이 조절용 나사 Large Tripod Base &Rod(ME-9355) 220V용 전원 코드 직류전원 어댑터
인터페이스 500(CI-6400) 220V용 전원 코드 직류전원 어댑터 컴퓨터 시리얼포트 케이블 장비설치하기

5 장비설치하기(계속) 장비 결합한 모습. 모션센서의 인터페이스 연결 방법은 노란색 플러그를 1번 디지털채널에 별도 설명서 참조.
검정색 플러그를 2번 채널에 연결 장비설치하기(계속)

6 실험 1: 시간에 대한 위치 측정 (1) 이 실험에서는 모션센서를 사용하여 움직이는 물체(사람)의 시간에 따른 위치의 변화를
그래프로 그려본다. 모션 센서는 음파를 물체를 향하여 발사하여 반사되는 시간을 측정하여 위치를 계산한다. 모션 센서를 인터페이스 500에 연결할 때에는 노란색 플러그를 디지털 채널1에 검정색 플러그를 디지털 채널 2에 연결한다. 모션센서를 설치한 삼각대는 사람이 30cm 앞까지 접근할 수 있는 위치에 놓는다. 모션센서의 윗부분에 있는 측정모드를 오른쪽 사진처럼 사람그림이 있는 쪽에 위치시킨다. 인터페이스 500을 컴퓨터에 연결하고 (인터페이스 500 설치하기.pptx)참조 전원을 켠다.

7 실험 1: 시간에 대한 위치 측정 (2) 모션 센서 앞에 섰을 때 모션 센서가 몸체의 가운데를 가리키도록 위치를 조절한다.
뒤로 물러나면서 거리를 측정할 것이므로 뒤쪽으로 2m정도의 여유공간이 있어야 한다. 모션센서가 발생시키는 음파가 잘 반사되도록 하려면 몸 앞에 딱딱하고 넙적한 물체(책 등)를 손으로 들고 있는 것이 좋다. 움직이는 사람이 컴퓨터 화면을 잘 볼 수 있도록 컴퓨터의 방향을 위치시킨다.

8 ① Data Studio 프로그램 실행한다 ② Open Activity 선택 한다. 실험 1: 시간에 대한 위치 측정 (3)

9 P01 Position and Time.ds 파일을 선택
실험 1: 시간에 대한 위치 측정 (4)

10 실험 1: 시간에 대한 위치 측정 (5) 나타난 그래프를 전체화면으로 확대
이 파일은 미리 실험한 결과가 저장된 것으로서 이 그래프 창에 겹쳐서 새로운 그래프를 그릴 것이다. 다른 사람이 미리 실행하고 저장한 파일을 로드 한다는 것은 그 사람이 실행한 실험의 결과 그래프 및 실험을 위하여 설정된 값 등을 그대로 가져다 쓰는 것을 의미한다. 보다 자세한 내용은 별도의 설명서(DataStudio사용법.pptx)를 참조할 것

11 실험 1: 시간에 대한 위치 측정 (6) Start버튼을 누른다 (같은 팀 동료가 눌러 줌) 측정하는 물체의 역할을
하는 사람은 3초를 기다린 후 뒤로 서서히 물러 난다. 이때, 속도를 조절하여 새로 그려지는 그래프가 이미 그려져 있는 그래프와 정확히 일치하도록 노력한다. 현재 로드한 파일에는 측정을 하기 전에 3초간 지연되도록 되어 있다. 측정하는 물체의 역할을하는 사람은 3초 간 서 있으면서 몸을 앞뒤로 흔들어 보면 그래프의 왼쪽에 커서가 아래 위로 움직이는 것을 볼 수 있다. 이 커서를 현재의 그래프의 시작점에 일치 시킨 후 기다린다. 3초 지연 후 드디어 그래프가 오른쪽으로 그려져 나가는 것을 볼 수 있다. 피 측정자의 역할은 속도를 조절하여 현재의 그래프에 새 그래프가 정확히 일치하도록 그리는 것이다. 측정은 미리 세트되어 있는 값에 의하여 10초 후에 정지하도록 되어 있다.

12 실험 1: 시간에 대한 위치 측정 (7) 처음에는 제대로 된 그래프를 그리기 어려울 것이다.
만약 그려진 그래프가 마음에 들이 않으면 Experiment메뉴에서 Delete Last Data Run 항목을 선택하여 최근에 그려진 그래프를 지울 수 있다. 같은 실험을 팀원들이 차례로 돌아가면서 여러 번 반복한다.

13 Match Score = sum( abs( PositionData - MatchData ) )
실험 1: 시간에 대한 위치 측정 (8) 데이터를 측정할 때마다 새로운 그래프가 그려지며 프로그램 창의 왼쪽에 Run #1, Run #2 와 같이 데이터 항목이 쌓여 가는 것을 볼 수 있다. 이 곳에도 항목이 생기는데 이 항목은 측정한 그래프와 처음부터 있었던 그래프와의 일치 정도를 값으로 비교할 수 있도록 아래의 식에 의하여 데이터가 모아지는 곳이다. Match Score = sum( abs( PositionData - MatchData ) )

14 실험 1: 시간에 대한 위치 측정 (9) 끌어놓기 그래프의 일치 정도를 보려면 Data 패널의 Match Score의
데이터 항목을 마우스로 끌어서 Display패널의 Digits항목에 같다 놓으면 위의 그림과 같은 창이 뜨면서 계산된 값을 보여 준다. 이 값이 0에 가까울 수록 원본 그래프와 일치하는것이다.

15 실험 1: 시간에 대한 위치 측정 (10) 그래프 창에서 그래프를 지우려면 그래프의 이름을 마우스로 클릭하여
선택한 후 배경이 노란색으로 변하면 이번에는 마우스 오른쪽으로 클릭하여 나타나는 팝업 창에서 Remove Selected Data항목을 선택하여 그래프를 창에서 지울 수 있다(이 때 데이터가 삭제되는 것은 아니다. 언제든지 끌어놓기 하여 다시 그릴 수 있다. 자세한 것은 (DataStudio사용법.pptx)참조할 것. 가장 일치하는 그래프만 남기고 모두 지운다.

16 실험 1: 시간에 대한 위치 측정 (11) 그래프 창의 툴 바에서 선택확대 버튼을 선택 한 후 그래프의
중간부분(경사진 부분)을 훑어서 선택하면 아래 그림과 같이 선택한 부분만 확대된다.

17 실험 1: 시간에 대한 위치 측정 (12) 그래프 창 툴 바에서 Fit 버튼을 클릭하면 그림과 같이 팝업 창이
열리는데 여기에서 Linear Fit을 선택한다. 그러면 아래 그림과 같이 선택한 경사면과 가장 근사 하게 일치하는 직선이 그려지고 직선의 기울기, 절편 등을 볼 수 있는 조그만 창이 열린다. 실험 1: 시간에 대한 위치 측정 (12) 기울기(slope)는 이 구간에서 움직인 속도를 의미한다.

18 실험 1: 제출물 1. 다음에 대하여 답을 작성하여 제출하라. 2. 가장 근접한 그래프를 출력하여 제출하라 실험 1 끝
① 그래프의 중간부분의 경사도는 얼마인가(앞 페이지의 팝업창의 slope의 값) ② 그래프에서 경사가 가파른 것은 어떤 물리적인 움직임을 의미하는가. ③ 기울기가 음수인 경우는 물체의 어떤 움직임을 의미하는가? ④ 그래프를 보고 피 측정자의 움직임을 기술하여보라. (예: 처음 몇 초간 센서 앞 몇m 지점에 서 있다가 그 후 초속 몇m로 이동하여 어느 지점까지 간 후 …. ) 2. 가장 근접한 그래프를 출력하여 제출하라 실험 1 끝

19 실험 2: 시간에 대한 속도 측정 (1) ① 실험1에 이어서 계속 실험하는 경우:
File 메뉴에서 Open Activity를 선택한 후 파일선택 창에서 P02 Velocity and Time.ds를 선택한다. ② 처음부터 시작하는 경우 실험 1: 시간에 대한 위치 측정 (4) 처음부터 까지 똑같이 따라 한 후 마지막에 파일만 P02 Velocity and Time.ds를 선택한다.

20 실험 2: 시간에 대한 속도 측정 (2) 아래와 같은 그래프 창이 나타난다. 이 그래프는 시간에 대한
속도의 변화를 나타내고 있다. Y축의 단위가 m/s임을 확인하라 이 실험에서는 모션센서 앞에서 물체가 움직이면 그 물체의 속도가 측정된다. 실험 1과 똑 같은 장비인데 실험 1에서는 물체의 위치가 측정되고, 실험2에서는 물체의 속도가 측정되는 이유는 무엇일까? -> 다음 페이지

21 실험 2: 시간에 대한 속도 측정 (3) 모션 센서로는 물체의 움직임에 대하여 동시에 위치, 속도, 가속도를
모두 측정할 수 있다. 메인 화면의 Setup버튼을 누르면 나타나는 Experiment Setup 창에는 현재 연결된 센서에 따라서 옵션을 지정할 수 있는데 모션 센서의 경우 측정할 데이터의 종류를 선택할 수 있다. 실험파일 P02 Velocity and Time.ds에는 이미 이런 값이 지정되어 있었던 것이다. 필요하면 이 옵션을 바꿀 수도 있다. 이 실험에서는 속도만 측정할 것이므로 이 옵션을 바꿀 필요가 없다. 이 실험에서는 start버튼을 누르면 3초의 지연 없이 바로 데이터가 측정되는 것을 볼 수 있다. 만약 실험 1에서와 같이 몇초간 지연되기를 원한다면 시작지연 시간을 바꿔 줄 수 있다. 바꾸는 방법은 DataStudio사용법.pptx 를 참조하라.

22 실험 2: 시간에 대한 속도 측정 (4) 모든 것이 준비가 되면 실험 1에서와 마찬가지로 사람이 센서 앞에 서 있다가
움직이기 시작하여 원본 그래프와 똑 같은 그래프를 그리도록 움직여 본다. 측정은 10초 후 자동으로 종료된다. 실험을 하기 전에 그래프를 잘 보고 움직임의 방향 속도 등을 생각해 본 후 실시하는 것이 좋다. 실험 1과 달리 원본그래프와 일치하는 그래프를 그리는 것이 쉽지 않을 것이다. 그 이유를 생각해 보자.

23 실험 2: 제출물 1. 다음에 대한 답을 기술 후 제출하라. ① 그래프의 기울기가 수평인 구간( )은 어떤 움직임을 나타내는가? ② 그래프의 기울기가 음수인 구간( )은 어떤 움직임을 나타내는가? ③ 그래프의 기울기가 양수인 구간( )은 어떤 움직임을 나타내는가? ④ 원본그래프의 처음부터 끝까지의 움직임을 시간대별로 기술하라. 2. 가장 근접한 속도 vs 시간 그래프를 출력하여 제출하라. 실험 2 끝