In this study, the motion of a permanent magnet ring falling outside a conductive pipe was analyzed. The magnetic dipole moment of the magnet ring was found to be 162.97 Am$ ^{2}$ by measuring the magnetic fields at a distance from the center of the ring. The terminal velocity was determined using an infrared sensor and an Arduino board. The actual relationship between the thickness of the conductive pipes and the drag constants corresponded well with the theoretical result of the falling motion of a magnetic moment within a conductive pipe. The effective magnetic moment of the permanent magnet ring and the effective inner radius of the conductive pipe were 1.41 Am$ ^{2}$ and 5.87 mm, respectively. The falling motion of a magnetic ring outside a conductive rod can be considered as the falling motion of a magnetic moment within a conductive tube with a very high thickness.

Keywords: IR sensor, Arduino, Physics education, Faraday’s law, Terminal velocity

본 연구에서는 도체관 외부에서 낙하하는 고리형 자석의 운동을 분석하였다. 고리형 자석의 자기쌍극자 모멘트는 고리의 중심에서부터 거리에 따른 자기장의 크기를 측정하여 162.97 Am$ ^{2}$으로 결정되었고, 낙하하는 고리형 자석의 종단속도는 적외선 센서와 아두이노 (Arduino) 보드를 이용해 측정하였다. 알루미늄관의 두께와 항력계수의 관계가 도체관 내부에서 낙하하는 자기쌍극자 모멘트 운동의 해석학적인 결과와 잘 일치함을 확인하였다. 이 때 고리형 자석의 유효 자기쌍극자 모멘트는 1.41 Am$ ^{2}$이고, 도체관의 유효 내부 반지름은 5.87 mm이다. 도체봉의 외부에서 낙하하는 고리형 자석의 운동은 매우 두꺼운 도체관 내부에서 낙하하는 자기쌍극자 모멘트의 운동으로 생각할 수 있다.

Keywords: 적외선 센서, 아두이노, 종단속도, 물리교육, 패러데이의 법칙