본문내용
1. 서론
1.1. 경사면 운동 실험의 목적
경사면 운동 실험의 목적은 경사면에서의 등가속도 운동 실험을 통해 뉴턴의 1법칙과 2법칙을 확인하고, 등가속도 운동식을 이용하여 직접 계산하여 이해하는 것이다. 경사면을 만들어줌으로써 기존 등가속도 운동 실험과 조건을 다르게 하여 실험을 진행한다.
경사면 운동 실험은 등가속도 운동 실험 과정과 동일하지만, 경사를 만들어줌으로써 중력 가속도의 성분이 달라지게 된다. 이를 통해 경사각에 따른 가속도의 변화를 확인할 수 있다. 또한 실험 결과로부터 중력 가속도를 계산해낼 수 있게 된다. 즉, 경사면 운동 실험을 통해 등가속도 운동의 기본 원리를 심화하여 이해할 수 있는 것이 실험의 주요 목적이다.
1.2. 경사면 운동의 이론 및 원리
경사면에서 질량m인 블록이 각a인 경사면 위를 미끄러져 내려온다. 이 때 중력mg의 경사면 방향의 성분력은 F=mgsina이다. 뉴턴 제2법칙 F-ma를 적용하면 mgsinga=mg이므로, 경사면 방향의 가속도는 a=gsina가 된다. 경사면의 길이를 d라고 하고, 끝단의 높이를 h라고 가정하면, 가속도는 a=gsina=g*h/d이므로 경사면 방향의 가속도는 경사면 끝단의 높이 h에 비례한다.
속도는 단위 시간 동안에 이동한 위치벡터의 변위로서 물체의 빠르기를 나타내는 벡터량이다. 물체의 빠르기를 이동한 방향과 함께 나타낸다는 점에서 속력과 차이점이 있다. 가속도는 속도벡터가 단위시간 동안 얼마나 변했는지를 나타내는 벡터량이다.
중력가속도는 만유인력의 법칙에 따라 지구중심과 물체의 거리에 따라 크기가 다르다. 하지만 지표면 가까이에서는 그 이동거리가 지구 반지름에 비해 매우 짧으므로 물체에 작용하는 중력의 크기변화를 무시할 수 있다. 그러므로 물체가 낙하하는 가속도의 크기는 약 9.8m/s^2으로 일정하며 이를 중력가속도라고 한다.
1.3. 실험 장비 및 구성
글라이더는 에어트랙 위에 뜬 상태로 움직이며 구간대비 속도를 측정할 수 있는 기구이다. 길이는 13cm이다. 포토 게이트는 글라이더의 속도를 알기 위한 기준이 되는 기구로, 발광부에서 적외선 센서가 나와 글라이더가 이 구간을 지나가면 적외선 센서가 막혀 기록이 측정되는 방식으로 사용된다. 에어트랙은 글라이더가 움직이는 트랙으로 에어 블로우를 작동시키면 공기가 나와 글라이더를 띄워준다. 이 실험은 경사면에서의 실험이므로 에어트랙 한쪽에 높이를 주어 경사를 만든다. 에어 블로우는 에어트랙에 바람을 넣어줌으로써 글라이더의 이동에서 마찰력을 없애준다. 포토 게이트 시스템은 펄스 모드와 게이트 모드를 이용하여 글라이더의 통과시간을 나타내어준다.
이 실험에서는 실험의 정확도를 높이기 위해 다양한 장비들을 활용한다. 글라이더를 이용하여 에어트랙 위에서 운동하게 하고, 포토 게이트 센서를 통해 속도와 가속도를 측정한다. 에어 블로우는 마찰력을 최소화하여 경사면 운동을 보다 정확하게 관찰할 수 있게 해준다. 이와 같은 실험 장비와 구성은 경사면 운동 실험을 효과적으로 수행하기 위해 필수적이다. []
2. 본론
2.1. 경사면 운동 실험 과정
2.1.1. 실험 방법 및 절차
에어트랙의 기둥 밑에 어느 정도의 두께가 있는 책이나 받침대를 받혀...
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