자이로스코프 실험 결과 레포트 (물리학및실험1)

소개

건국대학교 물리학 및 실험 1 강의 중 실험 결과 레포트로 제출한 자료입니다.
해당 강의에서 본 레포트 포함 총 11개의 레포트를 작성하여 레포트 점수에서는 만점 받은 레포트입니다.

본 실험은 자이로스코프 장비를 이용해 자이로스코프의 세차운동을 알아보는 실험으로, 유사한 실험 레포트를 작성하실 때 참고용으로 사용하시기 바랍니다.

토의 내용에는 실험 결과의 분석과 오차 원인에 대한 논의, 실험 결과를 토대로 한 회전 바퀴의 각속도와 세차 운동의 상관관계, 세차 운동의 예시와 세차 운동의 주기에 대한 내용이 담겨 있습니다.

**장동운동에 대한 내용은 담겨있지 않습니다.**

목차

1. 실험 원리
1.1 돌림힘과 각운동량
1.2 세차 운동

2. 실험 재료 및 도구

3. 실험 방법

4. 실험 결과
4.1 세차 운동 측정

5. 토의
5.1 각 경우에 대해 실험 결과를 분석하고 오차 원인에 대해 논의하시오.
5.2 실험 결과를 토대로 회전 바퀴의 각속도와 세차 운동 및 장동 운동의 상관관계를 설명하시오.
5.3 세차 운동의 예를 세 가지 이상 들고 세차 운동의 주기에 대해 논의하시오.
5.4 자이로스코프가 실제 적용되는 사례를 제시하고 설명하시오.

6. 결론

7. 자료 출처 및 참고 문헌

본문내용

1. 실험 원리

1.1 돌림힘과 각운동량

돌림힘이란, 어떤 축에 대해 회전하는 물체의 변화 원인이다. 어떤 물체를 회전시킬 때, 회전축으로부터 먼 거리에 힘을 작용하면 물체가 더 빠르게 회전하는 것을 확인할 수 있는데 이를 위치벡터와 힘벡터의 벡터곱으로 나타낼 수 있으며 식으로 표현하면 돌림힘을 아래의 수식 1.1.1과 같이 표현할 수 있다.

tau `=` {vec{r}} TIMES {vec{F`}} `=`rFsin theta ( 수식 1.1.1, 돌림힘의 수식 )

또한, 병진 운동에서의 선운동량과 같이 회전 운동에서의 각운동량을 정의 할 수 있다. 회전 운동 하는 물체는 각운동량을 가지며 고립계의 각운동량은 보존된다. 각운동량은 다음과 같이 정의된다.

입자 : {vec{L}} `=` {vec{r}} ` TIMES ` {vec{P}} ( r : 회전 반경, P : 입자의 선운동량 )
( 수식 1.1.2. 입자의 각운동량 정의 )

강체 : L`=`I omega (xy 평면에서 회전하는 강체에 대한 z축 방향의 각운동량)
( 수식 1.1.3. 강체에서의 각운동량 정의 )

1.2 세차 운동

세차 운동이란, 자전하는 강체의 회전축이 외부의 힘에 의해 특정 궤도를 따라 회전하는 운동을 말한다. 회전축을 따라 회전하는 물체는 초기 각운동량을 가지고 있는데, 이 때 외력이 작용하면 외력으로 인해 각운동량에 변화가 생기게 되며 물체가 가지고 있던 각운동량과 외력에 의해 생긴 각운동량이 합성되며 회전축이 이동하게 된다.

<중 략>

6. 결론

실험 결과 회전 바퀴의 각속도와 세차 운동의 각속도는 반비례 관계임을 확인할 수 있었다. 실험 과정에서 발생한 오차의 주요 원인은 공기 저항으로, 회전 바퀴의 RPM이 증가함에 따라 오차율 또한 증가한 것은 공기 저항력이 물체의 속도 또는 속도의 제곱에 비례한다는 것으로 설명 가능하다.

참고자료

· 조승식 (2023), “일반물리학실험_개정판”, 북스힐
· Jewett/Serway 저. 대학물리학교재편찬위원회 역 (2024), “대학물리학”. 북스힐