The terminal velocity of a permanent magnet falling vertically within a copper and an aluminum tube was measured using an Arduino board and ultrasonic sensor. The acceleration due to gravity calculated from the velocity for the case of the copper tube was 9.760 m/s$^2$, and that calculated for the case of the aluminium tube was 9.859 m/s$^2$. The displacement and the velocity of an object were analyzed as functions of time in a medium with a drag force proportional to the velocity of the object. The results of this study can be used as an integrated STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, Mathematics) project because the study involves electronics, physics, mathematics, and computer programing. Therefore, this investigation is expected to be beneficial for high school, as well as university, level curricular for students.

Keywords: Ultrasonic sensor, Arduino, Gravitational acceleration, Physics education, Faraday’s law, Terminal velocity, STEAM

본 연구에서는 구리관과 알루미늄관 내부에서 수직 낙하하는 영구자석의 종단속도를 아두이노 보드와 초음파 센서를 이용하여 측정하였다. 구리관 내부에서 떨어지는 자석의 종단속도로 결정된 중력가속도는 9.760 m/s$^2$이었고, 알루미늄관을 이용한 경우엔 9.859 m/s$^2$이었다. 속력에 비례하는 항력이 작용하는 매질 내에서 운동하는 물체의 시간에 따른 위치와 속력의 변화를 분석하였다. 이 활동은 전기전자 공학, 물리, 수학, 컴퓨터 프로그래밍 등의 학문들이 융복합되어 있는 이상적인 통합 융합인재교육 (Science, Technology, Engineering, Arts, Mathematics, STEAM)에 적합한 탐구활동이다. 따라서 고등학교와 대학교 수준의 교육과정을 학습하는 학생들에게 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Keywords: 초음파 센서, 아두이노, 중력가속도, 물리교육, 패러데이의 법칙, 종단속도, STEAM