일반물리실험(물체의 포물선 운동 실험)

소개

대학일반물리 실험 중 포사체(포선 문동을 하는 물체)에 관한 실험 보고서입니다.
많은 참고 바랍니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 배경이론
3. 실험 결과
4. 논의
참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
이번실험에서는 마찰이나 회전등 고려하기 어려운 물리현상을 배제한 2차원 포물선 운동을 다룬다. 중력에 의해서 이루어지는 포물선 운동에 대해 초기 발사 각도나 초기 발사 속도, 물체의 질량들을 달리하여 그 요인들이 실험 결과에 미치는 영향을 알아보고 이론적 계산과 비교한다.

2. 실험 배경 이론
1)포물선 운동
포물선 운동은 흔히 사용하는 직각 좌표계에서 x축이나 y축 한 방향으로 날아가는 운동이 아니라 곡선을 그리며 이동하는(x축과 y축 방향 운동이 혼합된) 운동이기 때문에 운동 x방향과 y방향으로 나누어 분석하는게 도움이 된다.
이때, 초속도를 v라고 했을 때 벡터의 분해에 의해서
x축방향과 y축 방향의 초속도는 각각 v0x=cos세타v , v0y=sin세타v가 된다.
공기 저항 등을 무시했을 때 물체에는 연직한 방향으로 중력만이 작용한다고 볼 수 있으므로 x축방향의 속도는 그대로 유지되고 y축방향의 속도는 매초 중력가속도만큼 변한다고 볼수있다. 이를 수식으로 나타내면,
vx=vox, voy=voy - gt
x=voxt, y= y0+yoyt-1/2gt2
이 되며 초기조건과 이 식들을 연립해서 t를 소거하면 ~라는 포물선의 방정식을 얻게 된다.

2)공중체류시간과 수평도달거리
포물선운동에서 공중체류시간은 물체가 발사후 다시 발사 시작점의 높이로 돌아오는동안 걸리는 시간을 의미한다 이는 yo가 0일때 y가 0이되는 시간을 의미하며 이는 위의식에서 ~로 구할수있다. 이 공중체류시간을 구하게 되면 위의 엑스방향 관련식에서 포물선운동하는 물체가 수평으로 도달하는 거리 역시 구할수있으며 이를 수식화 하면 ~다.

3)공기저항[1]
공기와 같은 유체속을 운동하는 물체는 속도의 반대 방향으로 항력(drag force)를 방는다. 많은 경우 항력은 속력의 제곱에 비래한다. 일반적으로 포물선 운동에서 물체가 항력을 받게되면 물체의 최대 도달 높이와 수평 도달 거리가 줄어들게되며, 항력으로 인해 이론적으로 가장 수평도달거리를 최대로 할수있는 초기 발사각도인 45도보다 작은 각도로 발사해야 물체를 가장 멀리 도달시킬수 있다.

참고자료

· Benson, 대학물리학 개정판 (1998, 박문각)