김하성이 친 공 어디까지 가나? : 포물선 운동

최근 김하성 선수가 메이저리그에서 굉장한 활약을 하고 있습니다. 팀 내 타율 1위일 뿐만 아니라 15경기 연속 멀티 출루로 이치로 선수와 함께 아시아 신기록을 달성했습니다. 김하성은 현재 리그 전체에서 10위 안에 드는 타율과 도루를 기록하고 있는데요....

 

연합뉴스

오늘은 야구 경기에서 발생한는 과학적 현상을 설명해보고자 합니다.

바로 타자가 야구공을 쳤을 때 공이 날아가는 궤적은 바로 '포물선'입니다.

그렇다면, 포물선 운동은 어떤 운동일까요?

비상교육

포물선 운동은 중력에 의해 영향을 받는 자유낙하 운동과 초기 속도를 가진 물체가 지면에서 던져져 위로 올라가는 운동을 포함하는 경로입니다. 이러한 운동은 특정한 각도로 던진 물체의 움직임을 설명하는 데 사용됩니다.

포물선 운동의 주요 특징은 다음과 같습니다.

1. 수평 및 수직 운동: 포물선 운동은 물체가 수평 방향으로 일정한 속도로 이동하면서, 동시에 중력에 의해 수직 방향으로 가속도를 받는 형태입니다.

 

2. 중력의 영향: 중력은 물체가 땅으로 떨어지는 원인입니다. 물체가 자유낙하 운동을 하면 중력에 의해 수직 방향으로 가속됩니다.

 

3. 속도 및 각도에 따른 경로: 포물선 운동의 경로는 초기 속도와 발사 각도에 따라 결정됩니다. 물체를 던질 때의 각도가 45도라면 최대 거리를, 90도라면 최대 높이를 갖게 됩니다.

 

4. 수평 및 수직 성분: 던진 물체의 속도는 수평 및 수직 성분으로 나뉩니다. 수평 성분은 일정하게 유지되며, 수직 성분은 중력에 의해 영향을 받아 감속하다가 최고점에서 멈춘 후 다시 가속하게 됩니다.

 

5. 운동 경로의 대칭성: 포물선 운동의 경로는 최고점에서 대칭성을 갖습니다. 즉, 물체가 발사된 지점과 동일한 높이에서 떨어집니다.

포물선 운동의 경로는 다양한 과학 및 공학 분야에서 응용됩니다. 포물선 운동의 수평 성분은 투사체의 거리를, 수직 성분은 투사체의 최대 높이를 결정하는 데 사용됩니다. 또한, 물체의 낙하 운동이나 발사체의 궤적 예측 등 다양한 문제에 적용될 수 있습니다.

 

이를 고등물리학2, 일반 물리학 과정으로 확대하면 다음과 같습니다.

여기서 시간을 t, 초기 속도를 V0, 발사 각도를 θ(세타)라고 할 때, 오른쪽 공식을 도출할 수 있습니다.

이를 이용하면 김하성 선수가 친 공의 거리, 비행 시간 등을 구할 수 있겠죠?ㅎㅎ

실생활과 관련된 과학에 대한 이야기였습니다.

 

감사합니다.