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물리 교재에서 단진자 주기 유도과정의 문제와 해결을 위한 제안
신애경,현동걸,박정우 한국물리학회 2023 새물리 Vol.73 No.1
Simple pendulum is an important material in understanding periodic motions. The common methods for deriving the period of the simple pendulum are presented in high school physics textbooks and college general physics textbooks. First, the period of the simple harmonic oscillator must be learned, followed by comparing the force equations of the simple pendulum and the simple harmonic oscillator to derive the period of the simple pendulum. However, teachers’ and students’ lack of understanding about these courses caused misconceptions and difficulties related to this topic. In this study, a method for deriving the period of the simple pendulum without needing to compared with the simple harmonic oscillator was proposed. 단진자는 물리교육에서 주기운동을 이해하는 데 중요한 자료이다. 고등학교의 물리 교재와 대학의 일반물리학 교재에서 단진자의 주기를 유도하는 방법은 공통적이다. 이 공통적인 방법은 단진자의 주기를 유도하기 위해서는 반드시 단진동자의 주기를 우선적으로 학습해야 하며, 그리고 단진자와 단진동자의 힘 방정식들을 비교하여야 한다. 그러나 교사들이나 학생들의 이러한 과정에 대한 이해 부족은 이에 대한 오개념을 발생시킬 뿐만 아니라 교사들과 학생들에게 어려움을 야기하고 있다. 이 연구에서는 미분방정식을 사용하지 않으면서도 단진동자 주기와 비교 없이 단진자의 주기를 구할 수 있는 방법을 제안하였다.
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김세헌 한국물리학회 2018 새물리 Vol.68 No.10
We studied scientific experiments by using the Internet of things in the 4th industrial revolution. The experiments on simple harmonic motion were performed with a physical pendulum composed of a metallic ruler and a smartphone. The periodic motion of the physical pendulum was analyzed by using the distance between the axis of rotation and the center of mass of the rigid body. A software app of a smartphone can convert an analog signal to 3D digital acceleration data. The transmitted acceleration data can then be fitted by using a regression analysis. In particular, the phase space and the quality factor of a physical pendulum combined with a smartphone were calculated. 4차 산업혁명 시대 과학실험교육에 있어서 사물인터넷을 이용하여 어떻게 실험에 적용할 수 있는지 연구하였다. 쇠자와 스마트폰으로 구성된 물리진자를 가지고 단순조화운동에 관하여 실험하였다. 인터넷과 연결된 스마트폰을 쇠자막대에 부착한 후 물리진자의 질량중심을 구하고 회전축과 질량중심의 위치에 의존하는 주기운동을 분석하였다. 스마트폰의 3차원 가속도 센서로 아날로그 신호를 디지타이징 한 후 인터넷으로 원격 데이터를 전송‧수집하고 물리진자의 감쇠운동을 야기하는 저항성분의 매개변수를 산출할 수 있었다. 특히, 위상공간과 품질계수를 산출함으로서 스마트폰과 결합된 물리진자의 특성을 살펴보았다.
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이지연(Ji-Yeon Lee),조부경(Boo-Kyung Cho) 구성주의유아교육학회 2021 구성주의유아교육연구 Vol.8 No.2
본 연구의 목적은 유아가 진자놀이에 참여하는 과정에서 어떠한 과학적 탐구 경험을 하며 그 의미는 무엇인지 탐색하는 것이다. 2020년 9월부터 12월까지 총 12주간 연구자 학급의 교실에 진자를 설치하고 유아들에게 자유롭게 놀이하도록 한 뒤, 연구자가 진자놀이 관찰과 녹화 및 사진 촬영, 유아면담, 연구일지 등 다면적 방법으로 자료를 수집하였다. 연구결과 유아는 진자놀이에 참여하면서 선행경험과 연관된 탐색하기, 반복적 탐색 즐기기, 문제 상황에서 해결방안 찾아가기, 다른 생각과 마주하며 확장하기, 행위 과정 중 과학적 지식 구성하기 등의 과학적 탐구경험을 하였다. 이와 같은 경험을 토대로 볼 때, 유아의 과학적 탐구는 흥미에 따라 지속성이 달라지며, 몰입을 위해 기다림이 필요하고, 성취와 갈등을 이어가며, 정답이 아닌 나의 답을 찾아가는 것으로서의 의미를 가진다고 볼 수 있다. 이러한 결과는 유아교육 현장에서 유아가 진자놀이를 통하여 스스로 과학적 탐구를 경험하고 지식을 구성해 나아갈 수 있음을 시사한다. The purpose of this study is to explore what scientific inquiry experiences children had in the process of participating in pendulum play based on constructivism and its meaning. After the installation of pendulums in a researcher’s class, children were allowed to play freely with them, and multifaceted data in the form of pendulum observation, recording and photography, interviews, and research journals were collected over the course of 12 weeks from September to December 2020. The results of the study showed that children participating in pendulum play experienced scientific exploration such as exploring based on prior experiences, enjoying repeated exploration, finding solutions in problematic situations, expanding thoughts based on different perspectives, and constructing scientific knowledge through their actions. Overall, it can be seen that the scientific exploration of children varies depending on their interest. To pique that interest and encourage exploration, it requires waiting for immersion and continuing achievement and conflict, as well as understanding the importance of the meaning of the process of finding the answer, not necessarily just the answer itself. These results suggest that in the early childhood education field, children can experience scientific inquiries on their own and construct knowledge through pendulum play.
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과학실험교육에서 단순조화운동의초기 각도 차이에 의한 오차 이해
김세헌 제주대학교 교육과학연구소 2017 교육과학연구 Vol.19 No.2
본 연구에서는 물리교육 해석역학 교과목 주제단원 중 물체의 단순조화진동을 학생들이 이론 학습 후 과학 실험에서 발생할 수 있는 실험 오차에 관하여 논의하고자 한다. 물리교육은 수학과 달리 계의 운동을 관찰 및 주어진 물리현상과 상황에 따라 방정식 또는 수식의 근사, 삭제 또는 모델의 추가 등이 필요로 한다. 이론적으로 유도되어 세워진 운동방정식과 실험교육에서 발생할 수 있는 오차의 점검을 강체의 물리진자의 단순조화운동을 통해 변위, 주기 등의 물리량으로 평가하였다. 특히, 주기에 관한 실험의 결과를 제1종 완전 타원적분 함수를 사용한 계산 값과 비교하여 분석하였다. he purpose of this study is to discuss the classical mechanics topic of simple harmonic oscillation in the context of physics education. Generally, in theoretical physics, determining an equation of motion requires the approximation, addition, or deletion of mathematical models describing a given physical phenomenon or situation. Although an equation of motion may be theoretically derived, errors inevitably occur during experimentation, such as when measuring the displacement and period of a rigid-body physical pendulum exhibiting simple harmonic motion. In addition, the experimentally derived period was compared with its theoretical value using the complete elliptic integral of the first kind.
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