탄성(공에 넣은 공기의 양에 따라서 공은 얼마나 튀어 오를까?)

축구, 농구, 배구는 공을 이용한 스포츠야. 그런데 공 속에 공기를 넣는 정도에 따라서 공이 튀어 오르는 정도에 차이가 있을까?

이렇게 탐구해요

① 바람 빠진 비치볼에 공기를 서서히 넣으면서 의자 위에서 가만히 떨어뜨려 공기의 양에 따른 튀어 오르는 높이를 측정한다.
② 배구공, 축구공, 농구공의 공기 주입구에 공기 주입핀을 꽂은 다음 공을 눌러 바람을 뺀다.
③ 공기펌프를 이용하여 바람 빠진 공에 공기를 서서히 넣고, 의자 위에서 공을 떨어뜨려 튀어 오르는 높이를 측정한다.
④ 공기의 양에 따라 튀어 오르는 높이의 변화에 대하여 표와 그래프를 이용하여 결과를 정리한다.

이건 꼭 알아야 해요

탄성은 힘을 주어 물체를 변형했을 때 원래의 모양으로 다시 돌아가려는 성질이다. 고무줄이나 용수철을 힘을 주어 당겨보면 모양이 변화하는데 손에 힘을 빼면 다시 원래 모양으로 돌아오는 것을 볼 수 있다. 또 바닥에 떨어뜨린 공이 다시 위로 올라올 수 있는 이유도 공의 탄성 때문이다.

- 축구공과 배구공, 농구공의 표면은 어떤 과학적인 원리로 제작되었을까?
- 공기를 넣지 않는 야구공, 골프공 등은 어떤 원리로 튀어 오를까?

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탄성[ elasticity , 彈性 ]

 

ㅇ요약 :외부 힘에 의하여 변형을 일으킨 물체가 힘이 제거되었을 때 원래의 모양으로 되돌아가려는 성질로 일상 생활에서는 고무나 스프링 등에서 쉽게 볼 수 있다.

체적탄성과 형상탄성
탄성은 크게 부피 변화에 대해 일어나는 체적탄성과 모양 변화에 대해 일어나는 형상탄성으로 나눌 수 있다. 고무공에 힘을 빼면 원상태로 되돌아가는 것은 기체의 체적탄성에 의한 것이다. 이에 대해 스프링의 탄력 등은 주로 형상탄성에 의해서 일어난다. 기체나 액체는 일정한 모양이 없으므로 형상탄성이 나타나지 않지만 고체의 경우, 형상탄성과 체적탄성이 함께 일어나며, 양쪽이 함께 나타나는 경우가 많다.

훅의 법칙
힘이 어느 값 이하일 때 물체의 변형량은 힘의 크기에 비례한다. 즉, 힘을 많이 줄수록 변형이 많이 일어나는데, 이것을 '훅의 법칙'이라 한다. 그리고 탄성은 모든 물체에서 나타나는데, 고체의 경우에는 힘이 어느 한계를 넘으면 탄성이 없어져 힘을 제거해도 변형이 남는다. 이렇게 탄성을 유지할 수 있는지 없는지의 경계가 되는 힘의 크기를 그 물체의 탄성한계라고 한다. 액체나 기체와 같은 유체의 경우도 유체마다 다른 탄성을 갖는데, 이는 고체에 비하여 매우 작다.

탄성에너지
힘을 받아 일시적으로 변형하는 물체는 밖으로부터의 힘을 잠재적 에너지로 저장하는 상태에 있다. 예를 들면 스프링은 압축됨으로써 에너지를 내부에 저장하며, 활은 시위를 당김으로써 에너지가 축적되므로, 갑자기 힘을 제거하면 이들 에너지가 한번에 밖을 향한다. 즉 변형하고 있는 탄성체는 위치에너지를 가지게 되는데 이것을 탄성에너지라고 한다.

참고로 탄성과 반대되는 개념으로 외부의 힘이 제거되었음에도 불구하고 물체가 원래 모양으로 돌아오지 않는 성질을 소성이라 한다.