심화 모듈 프로그램 '45도의 오해와 진실'모듈 프로그램을 소개합니다.

- 프로그램 개요 및 흐름

거의 모든 물리학 책에서는 최대 사거리를 갖는 발사체에 대한 거론을 한다. 우리는 발사체가 균일한 중력 상황에서 최대 사거리가 나오기 위해서는 보통 “45도로 발사해야 한다.”라고 생각한다. 실제 발사체가 발사되는 각도를 고민하는 것보다 더 중요한 요소를 빼먹는다. 로켓이 초기에 발사되는 위치가 지표면에서 얼마만큼의 높이에 위치했을지 생각해봐야 한다. 어느 높이에 놓이느냐에 따라서 발사 각도를 정하고 최대 사거리를 측정해야 한다. 발사 높이뿐만 아니라 발사체의 초기 속도도 사거리에 영향을 줄 것이다. 이렇게 로켓이 최대 사거리가 나올 수 있는 조건을 만족한다면 언제든지 본인이 원하는 위치에 발사체를 안착시킬 수 있을 것이다.

45도의 오해를 풀기 위한, 진실을 찾기 위해 어떤 사고의 흐름을 갖고 시작해야 할까? 앞서 말했듯이 각도에 중점을 두기 보다는 발사 높이와 초기 속도의 정보를 확인해야 한다. 최대 사거리가 나오기 위한 조건 안에 그 비밀이 숨어있기 때문이다. 따라서 학생들에게 45도의 오해를 풀어주기 위한 정성적인 과정부터 정량적인 측정까지 수행되어야 한다. 이번 심화 모듈 프로그램에서는 그 첫 단계로 정성적인 느낌을 갖도록 “에어로켓의 사거리 측정”을 도입하고자 한다. 모듈 프로그램의 흐름은 다음과 같다.

1) 물로켓의 추진력 – 최대 사거리가 나오는 조건 찾기(정성적인 느낌 전달)

2) 영화 “October Sky” 시청 – 로켓의 사거리 측정 방법 찾기

3) 폼로켓 발사와 거리측정 – GPS 수신기를 활용한 발사 거리 측정

4) 우주인 훈련체험

5) 발사체 속도측정

6) 발사 높이와 각도에 따른 최대 사거리 변화

7) 특정 좌표에 발사체 안착시키기

모듈 프로그램 도입의 궁극적인 목적은 45도의 오해를 풀어보는 것뿐만 아니라 측정실험을 통해 얻어진 결과를 바탕으로 오차를 줄이기 위한 방편을 참가자 스스로 생각해 보는 것이다. 최대 사거리에 대한 오해를 풀고 나서 우리가 더 고민을 해야 할 것은 무엇인가. 로켓의 형태, 발사되는 공간의 공기밀도, 바람, 발사체와 발사대의 완성도 등 측정에서 오는 오차를 줄이기 위해 제거해야 할 요소들이 많은 것이다. 참가자가 최대 사거리를 측정했더라도 오차에 대한 개념이 머릿속에 확고하게 자리 잡고 있어야 한다. 이러한 측정 과정을 거쳐야 참가자가 원하는 자료를 얻을 수 있다.

이 과정을 수행하면 지구를 벗어나 다른 천체까지의 거리를 측정하고, 그 곳에 발사체를 보내기 위한 계획을 수립할 수 있다. ‘45°의 오해와 진실’은 참가자가 실제 발사체의 운동을 알아보기 위해 일련의 흐름을 갖는 실험 체험을 수행함으로써 직접 설계한 발사체가 우주로 가는데 거쳐야 하는 과정을 몸소 느끼게 하는 것이다.