소개글
"부산대학교 일물실"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 원리
1.3. 실험에 사용된 기구 및 재료
2. 본론
2.1. 단조화 운동 실험
2.1.1. 용수철 상수 구하기
2.1.2. 주기 측정하기
2.2. 음파 실험
2.2.1. 공기 기둥의 한쪽 끝이 막힌 경우
2.2.2. 피스톤 움직이면서 공기기둥 길이와 n 측정
2.3. 중력 가속도 실험
2.3.1. 물체 별 중력 가속도 측정
2.3.2. h=0 포함 및 미포함 결과 비교
3. 결론
3.1. 단조화 운동 실험 결과 요약
3.2. 음파 실험 결과 요약
3.3. 중력 가속도 실험 결과 요약
3.4. 전체 실험에 대한 논의
4. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 실험 목적
단조화 운동을 하는 물체를 영상으로 촬영하고 Tracker 프로그램을 사용하여 물체의 주기를 측정하는 것이다. 주기와 물체의 질량 및 용수철 상수와의 관계를 배우는 것이 실험의 목적이다.
1.2. 실험 원리
용수철의 탄성력
용수철이라는 이름은 용의 수염과 같이 모양이 변했을 때 원래의 모양으로 돌아가는 성질이 있다는 것을 나타내는 이름이다. 이처럼 용수철을 당겼다가 놓으면 원래의 상태로 돌아가는 성질을 '탄성'이라고 하며 우리 주변에서 탄성을 가지고 있는 물체를 이용하는 경우를 쉽게 찾을 수 있다. 또한 탄성을 가진 물체를 '탄성체'라고 하며, 탄성체의 모양을 변하게 하면 원래의 모양으로 돌아가려는 힘이 생기는데, 이러한 힘을 '탄성력'이라고 한다.
탄성력의 크기에 영향을 주는 것이 무엇인지를 실험을 통해서 밝힌 사람은 영국의 과학자인 로버트 훅이며 그는 1678년 용수철을 이용한 실험을 통해 탄성력의 크기가 탄성체의 모양이 변한 정도에 비례한다는 것을 알아냈다. 이를 '훅의 법칙'이라고 하며, 이 법칙은 F`=`-kx로 나타낼 수 있다. 이 식에서 F는 용수철의 탄성력의 크기, x는 용수철의 모양이 변한 정도, 즉 용수철의 길이의 변화량을 나타내며, k는 탄성력과 용수철의 길이 변화가 어느 정도로 비례하는지를 나타내는 값으로, '탄성 계수' 또는 '용수철 상수'라고 부른다.
이를 운동 방정식에 대입하면 미분 방정식 M {d ^{2} x} over {dt ^{2}} `=`-kx를 얻을 수 있으며, 이 일반해는 x=`A _{0} cos(wt+a)로 일정한 진폭과 주기를 가지고 진동하는 단조화 운동을 나타낸다. 여기서 omega `= sqrt {{k} over {M}}은 각진동수를 의미하며, A _{0}는 진동 진폭을 의미한다. 또한 T`=`1/f`=` {2 pi } over {omega } `=`2 pi ` sqrt {{M} over {k}}를 통해 주기와 물체의 질량 및 용수철 상수와의 관계를 알 수 있다.
1.3. 실험에 사용된 기구 및 재료
디지털 카메라, 삼각대, 트랙, 수레, 저울, 용수철, 도르래, 스탠드, 실, 추와 추걸이, tracker 프로그램, 공명관 장치, 함수 발생기, 헤드폰 증폭기, 헤드폰, 마이크로폰, 중력 가속도 측정 장치, 스마트 계시기, 줄자, 낙하시킬 물체 3종류(큰 쇠구슬, 작은 쇠구슬, 플라스틱 공)이다. 이 실험에 필요한 다양한 기구와 재료를 사용하여 단조화 운동, 음파, 중력 가속도에 대한 실험을 수행할 수 있다.
2. 본론
2.1. 단조화 운동 실험
2.1.1. 용수철 상수 구하기
용수철의 탄성력은 훅의 법칙에 따라 탄성체의 변형된 정도에 비례하는데, 이를 식으로 나타내면 F`=`-kx이다. 여기서 F는 탄성력의 크기, x는 용수철의 길이 변화량, k는 탄성 계수 또는 용수철 상수를 나타낸다.
실험에서는 수레의 질량을 측정하고 스탠드와 피벗 클램프를 사용하여 장치를 설치하였다. 트랙의 기울기는 적절히 조정하였다. 먼저, 추걸이에 추를 올리지 않은 상태에서 수레의 초기 위치를 기록하였다. 이후 추의 질량을 증가시키면서 수레가 이동한 거리와 추의 질량을 함께 기록하였다.
힘(F=mg)과 평형점 위치 변화 x에 대한 그래프를 그려보니 직선의 기울기가 용수철 상수 k로 나타났다. 실험 결과, 용수철 상수 k는 7.7352 N/m로 측정되었다.
이를 통해 훅의 법칙이 실험적으로 잘 성립하며, 용수철의 탄성력과 길이 변화가 선형적으로 비례함을 알 수 있다. 또한 용수철 상수 k를 구함으로써 단조화 운동 실험에 필요한 핵심 물리량을 확보하였다.
2.1.2. 주기 측정하기
<주기 측정하기>
실험 2) 주기 측정하기에서는 용수철에 질량이 부착된 수레의 단조화 운동을 관찰하고 주기를 측정하는 것이 목표이다. 먼저 수레의 질량을 측정하고 스탠드와 피벗 클램프를 이용하여 장치를 설치한다. 이후 삼각대에 카메라를 설치하고 수평을 맞추어 수레를 촬영한다. 동영상 녹화와 함께 평형 위치에서 적...
참고 자료
일반물리학실험, 제6판, 부산대학교 물리학교재편찬위원회, 청문각, 2017, p.377 ~ p384
훅(Hooke)의 법칙, https://blog.naver.com/moeblog/220429063671
라플라스 변환의 정의, ROC(Region of Convergence) 기초, https://blog.naver.com/tlsrka649/221545791753
훅의 법칙 , https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%9B%85%EC%9D%98_%EB%B2%95%EC%B9%99
일반물리학실험, 제6판, 부산대학교 물리학교재편찬위원회, 청문각, 2017, p.161~169
정상파, https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A0%95%EC%83%81%ED%8C%8C
수정발진기 vs 공진기, https://m.blog.naver.com/serimo/222603099709
음속, https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9D%8C%EC%86%8D
일반물리학실험, 제6판, 물리학교재편찬위원회, 청문각, 2017, p.103 ~ p.110
중력 가속도 .https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A4%91%EB%A0%A5_%EA%B0%80%EC%86%8D%EB%8F%84
069 중력에 의한 물체 운동, 자유 낙하, 수평 방향, 지구의 주위를 도는 운동 – 쉽게 쓰여진 고1통합과학<행신동 수학학원 행신동 과학학원 로그학원> .https://m.blog.naver.com/breaktime_kr/222533043260
