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(A+)서강대학교 일반물리실험1 실험9 이상기체법칙/절대영도 결과레포트

실험 9. 이상 기체 법칙 / 절대 영도실험 9. 이상 기체 법칙 / 절대 영도실험목적기체의 온도, 부피, 압력을 동시에 측정하여, 이들이 이상 기체 법칙을 따르는 것을 확인한다. 또한 일정 온도 또는 일정 부피의 특수한 상황에서의 기체 법칙을 설명하고, 절대 영도를 찾아낸다.데이터정리이상 기체 법칙왼쪽 그래프는 시간에 따른 압력 변화이고, 오른쪽 그래프는 시간에 따른 온도 변화 그래프이다.기체를 압축시켰을 때 시린지 내부에서는 어떤 일이 일어나는가?플런저를 눌러 기체가 압축되었을 경우, 시린지 내부의 압력이 급격히 커지고 온도도 역시 증가하였다.기체 압축시킨 후 평형에 도달하였을 때, 온도와 압력은 어떻게 변화하는가?기체 압축 후 평형에 도달하였을 경우, 내부 압력은 일정해졌으나, 온도는 계속해서 감소하다가 일정해지는 경향을 확인할 수 있었다.플런저를 놓아 기체를 팽창시켰을 때, 온도와 압력은 어떻게 변화하는가? 그 이유는 무엇인가?플런저를 놓아 내부의 기체를 팽창시키면 내부의 압력은 감소하다가 결국 나중에는 일정해진다. 온도의 경우, 증가하다가 결국 일정해지는 경향을 확인할 수 있다. 이유로는 플런저를 놓아서 기체를 팽창시키면 부피가 증가하여 보일의 법칙에 의해 압력은 감소하는 것이다. 온도의 경우, 샤를의 법칙에 의해 압력이 일정한 경우, 부피와 온도가 정비례하므로 증가하는 것이다.기체 압축 전후의 온도, 압력, 부피를 각각 기록하고, 다음 관계가 성립하는 지 살펴보아라.압축 전압축 후온도 ()28.1528.50압력 (kPa)101.25184.40부피 (mL)4021가 나오게 되었고, 이 나와 약간의 오차를 제외하면 관계가 성립한다고 볼 수 있다.온도가 일정할 때 : 보일의 법칙Syringe Volume (Ml)Abs. Pressure (kPa)50101.46445114.38940127.22235144.58130168.001그래프의 형태를 관찰하여라.일차식과 비슷한 형태가 나오게 되었다.그래프 상에서 기울기는 무엇을 뜻하는가?이 그래프에서 기울기는 압력 P와 부피 V의 곱으로 이상기체 상태 방정식에 의하면 nRT를 뜻하기도 한다.그래프의 기울기를 이용하여 시린지 내부 기체의 몰수를 구하여라.먼저, 이 그래프의 기울기를 구해주면, 이고, 이상기체 상태 방정식에 의해 몰수를 구해주면 이므로, 대입해주면 2몰이 나오게 된다.그래프의 형태를 관찰하여라. 부피 편차 (x축 편차 )는 무엇을 뜻하는가?그래프의 형태는 감소하는 곡선 형태로, 부피 편차는 실험에 사용한 실제 기체와 이상 기체의 차이가 있으므로 발생한 편차라고 생각한다.부피가 일정할 때 : 절대 영도절대 영도에서는 기체의 압력이 0이 된다. T-P 그래프에서 P=0일 때의 온도를 찾아라.위의 경우는 뜨거운 물에 스피어를 넣은 경우로, P=0일 때의 온도는 가 된다. 이것이 절대 영도가 된다.반지름이 5.1 cm인 스피어의 부피를 계산하여라. 스피어의 부피는 기체의 부피와 같은가?스피어의 부피는 이므로 555.65 가 된다. 기체의 부피와 같게 된다.이상 기체 법칙을 이용하여 T-P 그래프의 기울기를 구하여라.이 그래프의 기울기의 값은 2.58이고, 이상 기체 법칙을 통한 이 그래프의 기울기는 가 된다.T-P 그래프에서 하나의 직선을 선택하여, 기울기로부터 기체의 몰수 n을 구하여라.이 그래프의 기울기 값과 이상 기체 법칙을 이용하면 이 되고, 다시 기체의 몰수 n에 대해서 정리해주면, 이 된다.결과 분석실험 결과플런저를 통해 기체를 압축하는 1번 실험에서 압력에 따른 온도 변화가 정비례한다는 점을 확인함으로써 이상 기체 법칙을 알 수 있었고, 온도가 일정할 때 압력과 부피의 관계를 알아본 2번 실험에서 이 둘이 반비례한다는 것을 통해 보일의 법칙을 확인할 수 있었고, 부피가 일정할 때 온도와 압력 간의 관계를 살펴봄으로써 이상 기체 법칙이 성립한다는 것과 절대 영도를 확인할 수 있었다.관련 이론보일의 법칙은 온도와 기체분자의 수가 일정한 계 안에서 기체 내부의 압력 p와 기체의 부피 V는 반비례한다는 법칙이다. 이것을 식으로 나타내면 다음과 같다. 여기서 는 다음 관계식을 만족하는 상수이다.샤를의 법칙은 기체 내부의 압력과 기체분자의 수가 일정한 계 안에서 기체의 부피 V와 온도 T는 정비례한다는 법칙이다. 이것을 식으로 나타내면 다음과 같다. 여기서 는 다음 관계식을 만족하는 상수이다.게이뤼삭의 법칙은 기체의 부피와 기체분자의 수가 일정한 계 안에서 기체 내부의 압력 p와 온도 T가 서로 정비례한다는 법칙이다. 이것을 식으로 나타내면 다음과 같다. 여기서 는 다음 관계식을 만족하는 상수이다.이 게이뤼삭의 법칙으로부터 부피와 분자수가 일정한 조건에서 기체의 압력이 0이 되는 온도를 찾을 수 있는데, 이 때의 온도를 절대 영도라고 부르며 이는 라고 알려져 있다.아보가드로의 법칙은 기체 내부의 압력과 온도가 동일한 조건에서 기체의 부피 V와 기체 분자의 몰수 n은 비례한다는 법칙이다. 이것을 식으로 나타내면 다음과 같다. 여기서 는 다음 관계식을 만족하는 상수이다.이상 기체 법칙은 위의 네 가지의 법칙을 결합하여 하나의 식으로 나타낸 것으로, 기체 내부의 압력 p와 기체의 부피 V, 절대 온도 T 그리고 기체의 몰수 n 사이의 관련성을 보이고, 설명한다. 여기서 상수 R은 기체 상수로 구체적인 수치는 이다.또, 이러한 이상 기체 법칙을 따르는 기체를 이상 기체라고 말하고, 이러한 이상 기체는 기체 분자 사이의 상호작용이 거의 존재하지 않고, 서로 탄생 충돌하는 점 입자로 이루어진 기체이다.결과 분석 및 오차율1번 실험에서 처음 플런저를 눌러 기체를 압축시켰을 때, 시린지 내부의 압력이 커지고 온도 역시 급격히 증가하게 되었다. 이것은 이상 기체 법칙에 따라 압축한 순간에 압력이 증가한 비율이 부피가 감소한 비율보다 커서 온도가 상승하는 효과가 나타나게 되었다. 그 이후 압력이 감소하여 평형을 이루는 과정은 부피가 일정하여 이상 기체 법칙에 의해 온도 역시 정비례하여 감소하게 된 것이다. 그 이후에 고정하고 있는 플런저를 놓아주면, 압력이 감소하게 되고, 부피가 증가하는 비율보다 압력이 감소하는 비율이 더 크기에 온도 역시 감소하게 된다. 그리고 압력이 일정해지면, 온도는 이상 기체 법칙에 따라 증가하는 부피에 정비례하기 때문에 증가하다가 일정해지는 것이다. 2번 실험에서 과 그래프 2가지를 구할 수 있었는데 이상 기체 법칙에 의하면 이므로, p와 는 서로 비례 관계이므로 1차식의 형태가 나온 것이고, p와 V는 서로 반비례 관계이므로 x값이 증가함에 따라 y값이 감소하는 곡선 형태가 나오게 되었다. 이로써 보일의 법칙이 성립한다는 것을 확인해볼 수 있었다. 3번 실험에서는 뜨거운 물에 넣었을 때 절대 영도를 찾는 실험을 진행하였는데, 게이뤼삭의 법칙에 따라 압력 p와 온도 T가 정비례하여 그래프가 1차식의 형태로 나온 것이고, 이에 따라 기체의 압력이 0이 되는 지점인 절대 영도 를 찾을 수 있었다.1번 실험에서는 값과 값을 비교하여 오차율을 계산할 수 있었다. 값은 1.9 이고, 값은 1.8이므로 계산해주면, 5.26 %가 나오게 된다. 2번 실험에서는 이론 값이 존재하지 않아 오차율을 계산할 수 없었고, 3번 실험은 절대 영도의 이론 값인 과 실험 값인 이 둘 다 존재하여서 오차율을 구할 수 있었다. 따라서 오차율은 12.5 %가 나오게 된다.질문이번 실험에서 이상기체 방정식을 만족하는 실험이 진행되었는가?첫 번째 실험에서는 온도에 따라 압력이 정비례한다는 사실을 통해 이상 기체 방정식을 만족한다는 것을 확인할 수 있었고, 두 번째 실험에서는 온도가 일정할 때, 압력과 부피가 반비례한다는 보일의 법칙을 확인함으로써 이상기체 방정식을 만족한다는 것을 확인할 수 있었고, 세 번째 실험에서는 부피가 일정할 때 이상기체 방정식이 만족한다는 전제 하에서 절대 영도를 찾을 수 있었기에 이번 실험에서는 이상기체 방정식을 만족하는 실험이 진행되었다고 볼 수 있다.오차가 발생하였다면 어떠한 요인이 영향을 미쳤을 것 같은가?다양한 오차가 발생한 것으로 보이는데, 1번 실험에서는 압력과 온도가 완전히 일정해질 때까지 플런저를 손으로 고정시켜야 하는데 그 과정에서 완전히 일정하지 않은 부분에서 멈춰 고정을 풀은 것으로 보인다. 또, 2번 실험에서는 같은 온도일 때의 압력 값을 측정했어야 하는데 그 온도 값이 조금씩 달라져 압력 값에 차이를 보인 것 같다.토의실험 검토이 실험에서는 기체의 온도, 부피, 압력을 동시에 측정하여 이상기체 법칙을 따르는 것을 확인하고, 절대 영도를 찾아보는 것이 목표였는데, 각각 부피가 일정한 경우, 온도가 일정한 경우, 압력이 일정한 경우를 나눠서 이상 기체 법칙이 성립한다는 것을 확인해볼 수 있었다. 또한, 압력이 일정한 경우에 게이뤼삭의 법칙을 통해 절대 영도도 찾아볼 수 있었다.오차 분석 및 개선방안질문 항목에서 언급한대로, 1번 실험에서는 압력과 온도가 완전히 일정해질 때까지 플런저를 손으로 고정시켜야 하는데 그 과정에서 완전히 일정하지 않은 부분에서 멈춰 고정을 풀은 것으로 보인다. 또, 2번 실험에서는 같은 온도일 때의 압력 값을 측정했어야 하는데 그 온도 값이 조금씩 달라져 압력 값에 차이를 보인 것 같다. 이것에 대한 개선방안은 아무래도 사람의 감각을 이용한 측정이므로 여러 번 실험을 진행하는 것이 좋은 방안일 것이다.다른 실험 제안 및 응용 가능성다음 번 실험에서는 아보가드로 법칙을 확인할 수 있도록 압력과 온도가 일정한 기체 속에서 부피 V와 몰수 n의 관계를 확인해보는 실험을 진행해보고 싶다.참고 문헌일반물리학실험 매뉴얼, 서강대학교 물리학과Halliday & Resnick & Jearl Walker, 일반물리학 한글판, 범한서적주식회사, 개정9판, 2011, p.612~613

자연과학| 2024.01.22| 10페이지| 1,000원| 조회(144)

이상기체법칙, 일반물리실험1, 서강대학교, 일물실, 절대영도

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(A+)서강대학교 일반물리실험1 실험10 줄의 파형 발생 결과레포트

실험 10. 줄의 파형 발생실험 10. 줄의 파형 발생실험목적진동하는 줄(횡파) 내에서 정상파를 관찰하여 공명주파수에 대한 줄의 선형밀도, 길이, 장력 그리고 파장 등의 관계를 알아본다.데이터정리가는 줄의 진동 (선형밀도 = 0.133 g/m)줄의 길이에 따른 공명주파수의 변화 (l = 1 m / m = 200 g / n = 1, 2, 3), 장력 = 1.96줄의 길이 또는 도르래의 진동자의 간격 = 1 m차수 n파장(m)공명주파수(측정값, Hz)공명주파수(이론 값, Hz)오차율(%)파동속도(m/s)123평균1266.066.466.166.260.79.06132.421130.0131.1130.9130.7121.47.66130.730.67195.7195.7195.1195.5181.27.89131.0선형 밀도를 kg/m로 환산하여 식에 대입하여 공명주파수의 이론 값을 계산하였고, 식에 대입하여 파동의 속도를 구하였다.줄의 길이 또는 도르래의 진동자의 간격 = 0.8 m차수 n파장(m)공명주파수(측정값, Hz)공명주파수(이론 값, Hz)오차율(%)파동속도(m/s)123평균11.673.073.272.072.775.94.22116.320.8143.6142.5144.0143.4151.75.47114.730.53215.4215.0216.0215.5229.05.90114.2선형 밀도를 kg/m로 환산하여 식에 대입하여 공명주파수의 이론 값을 계산하였고, 식에 대입하여 파동의 속도를 구하였다.장력에 따른 공명주파수 변화 (m = 200 g, 300 g, 400 g / l = 0.8m / n = 3)추의 질량(g)파장(m)세 번째(n=3) 공명주파수(측정값, Hz)공명주파수(이론 값, Hz)오차율(%)파동속도(m/s)123평균2000.53216.1215.0215.4215.5229.05.90114.23000.53263.4265.0264.5264.3280.55.78140.14000.53308.7307.0308.1307.7323.95.00163.1추의 질량으로 발생한 장력이 달라짐에 따라 공명주파수가 어떻게 변화하는지 보여주는 표이다. 선형 밀도를 kg/m로 환산하여 식에 대입하여 공명주파수의 이론 값을 계산하였고, 식에 대입하여 파동의 속도를 구하였다.굵은 줄의 진동 (선형밀도 = 0.4 g/m)2-1) 줄의 길이에 따른 공명주파수의 변화 (l = 1 m, 0.8 m / m = 200 g / n = 1, 2, 3), 장력 = 1.962-1-1) 줄의 길이 또는 도르래와 진동자의 간격(I = 1 m)차수 n파장(m)공명주파수(측정값, Hz)공명주파수(이론 값, Hz)오차율(%)파동속도(m/s)123평균1240.040.240.740.33515.1480.62181.281.780.981.37016.1481.330.67115.5115.7115115.4104.510.4377.3선형 밀도를 kg/m로 환산하여 식에 대입하여 공명주파수의 이론 값을 계산하였고, 식에 대입하여 파동의 속도를 구하였다.2-1-2) 줄의 길이 또는 도르래와 진동자의 간격(I = 0.8 m)차수 n파장(m)공명주파수(측정값, Hz)공명주파수(이론 값, Hz)오차율(%)파동속도(m/s)123평균11.644.244.044.244.143.750.870.620.892.892.592.692.687.55.8374.130.53136.8136.5136.7136.7132.13.4872.5선형 밀도를 kg/m로 환산하여 식에 대입하여 공명주파수의 이론 값을 계산하였고, 식에 대입하여 파동의 속도를 구하였다.2-2) 장력에 따른 공명 주파수 변화 (m = 200 g, 300 g, 400 g / l = 0.8 m / n = 3)추의 질량(g)파장(m)세 번째(n=3) 공명주파수(측정값, Hz)공명주파수(이론 값, Hz)오차율(%)파동속도(m/s)123평균2000.53137.0136.1136.8136.6132.13.4172.43000.53168.0166.4167.0167.1161.83.2888.64000.53194.1192.0193.2193.1186.83.37102.3추의 질량으로 발생한 장력이 달라짐에 따라 공명주파수가 어떻게 변화하는지 보여주는 표이다. 선형 밀도를 kg/m로 환산하여 식에 대입하여 공명주파수의 이론 값을 계산하였고, 식에 대입하여 파동의 속도를 구하였다.결과 분석실험 결과양쪽 끝이 고정된 줄에 파형을 발생시켜 공명주파수의 값을 구하였더니 장력이 클수록, 선형 밀도가 작을수록, 차수가 클수록, 줄의 길이가 짧을수록 공명 주파수가 커진다는 결과를 알 수 있었다. 또, 줄의 길이가 같은 진동에서 차수가 달라져도 파동의 속력은 일정하다는 것을 알 수 있었다.관련 이론양쪽 끝이 고정된 줄을 진동시키면 줄을 따라 진동수와 진폭이 같은 두 파동이 양 끝에서 반사되어 서로 반대방향으로 진행한다. 이런 파동은 간섭법칙에 따라 결합하는데 공명 조건 하에서는 정상진동의 형태인 정상파가 만들어진다. 즉, 기본주파수 또는 그것의 정수배로 줄을 진동시키면 줄 내에서 정상파가 형성된다. 고정된 줄에 전달되는 횡파의 속도는 다음과 같다. 여기서 T는 장력이고, 는 질량 선형밀도이다.이 때 정상파의 파장은 다음과 같다.또한, 파동의 속력 공식을 통해 고유진동수에 대한 식으로 나타나면 다음과 같다.여기서 n은 정상파의 배의 수와 같고 n = 1일 때가 기본진동에 해당하며, n = 2, 3 일 때가 2배, 3배의 진동이 된다.결과 분석 및 오차율먼저, 가는 줄과 굵은 줄에서 각각의 공명주파수를 보았을 때, 가는 줄에서 공명주파수가 더 크게 나왔는데 이는 줄에 전달되는 횡파의 속도가 줄의 선형밀도의 제곱근에 반비례하기에 진동수 역시 반비례하는 것이다. 또, 차수가 커질수록 파장은 작아졌지만, 공명주파수는 n에 비례하므로 증가하게 되었다. 여기서 차수가 증가하여도 파동의 속도는 거의 일정하다는 것을 확인해볼 수 있었는데 이는 차수는 파동의 속도에 영향을 끼치지 않으며, 진동수와 파장만이 파동의 속도에 영향을 끼치기 때문에 생긴 결과이다. 또, 줄의 길이가 감소할수록 파장 역시 감소하였고, 파장과 진동수는 반비례하므로 진동수는 증가하게 되었다.데이터 정리에서 구한 각 오차율의 평균을 각각 구해주면, 8.2 %, 5.2 %, 5.56 %, 13.9 %, 3.37 %, 3.35 %가 나오게 된다.질문실험결과로부터 줄의 선형밀도, 장력 그리고 길이에 대해 공명주파수는 어떤 관계를 갖는가?줄의 장력은 공명주파수에 정비례하지만, 줄의 선형밀도와 길이는 공명주파수에 반비례한다.공명이란 무엇인가? 공명 주파수가 아닌 주파수로 진동하는 진동자에 대해서는 눈에 띄는 진동이 관측되지 않는 이유는 무엇인가?공명은 특정 진동수에서 큰 진폭으로 진동하는 현상이며 이 때의 특정 진동수를 공명 진동수 혹은 공명 주파수라고 한다. 물체는 고유 진동수를 가지는데 이 고유 진동수와 같은 진동수의 외력이 주기적으로 전달되면 진폭이 크게 증가하여 공명이 일어나게 된다. 공명 주파수가 아닌 주파수로 진동하는 진동자의 경우에는 고유 진동수와 일치하지 않으므로 진폭이 증가하지 않아서 크게 떨림이 없는 것이다.장력을 측정하여 기타를 튜닝하는 기계를 만들어 각 음에 대한 장력의 값을 얻었다. 기타줄의 길이를 두 배로 하고 선밀도를 반으로 줄여서 악기를 만들 때, 같은 음을 내기 위해서 튜닝하는 기계에 측정되는 장력은 이전과 비교했을 때 어떠한 값을 가지는가?기타 줄의 길이를 2배로 하면 파장이 2배가 되고, 선밀도의 값을 반으로 줄이면 파동의 속도가 제곱근만큼 감소하므로 결국 진동수의 값이 일정하게 유지되기 위해서는 장력 값이 매우 커져야 한다.줄의 공명과 관의 공명에 대해 차이점을 분석하여라. 또한 양쪽이 열린 개관과 한쪽이 닫힌 폐관에서의 차이점은 무엇인가?줄의 공명은 파동의 전파 방향에 수직인 횡파이지만, 관의 공명에서 사용되는 음파는 전파방향과 같은 방향인 종파이다. 즉, 줄에서는 기본주파수로 줄을 진동시키면 줄 내에서 정상파가 형성되지만, 관에서는 밀한 부분과 소한 부분이 나뉘어져 이 때문에 공기 압력의 차이가 발생하는 것이다. 개관과 폐관의 차이점은 개관에서는 파장이 배에서 시작하여 배로 끝나지만, 폐관에서는 한 지점은 배, 다른 한 지점은 마디가 된다. 따라서 공명 조건에서도 차이가 발생하게 되는데 개관에서는 이지만, 폐관에서는 이 된다.토의실험 검토이 실험에서는 진동하는 줄(횡파) 내에서 정상파를 관찰하여 공명주파수에 대한 줄의 선형밀도, 길이, 장력 그리고 파장 등의 관계를 알아보는 것이 목표였는데, 양쪽 끝이 고정이 된 줄을 진동시켜 줄의 길이에 따른 공명주파수의 변화, 장력에 따른 공명주파수의 변화를 각각 가는 줄, 굵은 줄의 경우에서 확인해볼 수 있었다. 따라서 공명 주파수는 줄의 길이, 장력, 줄의 종류에 따라서 변한다는 것을 확인해볼 수 있었다.오차 분석 및 개선방안공명주파수의 이론 값과 실험 값이 약간의 차이를 보인 것으로 보아 여러 가지 오차가 발생하였다고 본다. 먼저, 줄을 수평면과 수직으로 둔 상태에서 실험을 진행하였기에 줄을 아래로 당기는 중력도 작용하기에 줄에 작용하는 장력이 순수한 추의 중력만이 존재하는 것이 아니게 된다. 따라서 이 부분에서 장력 값의 차이를 보여 공명주파수의 값이 달라진 것이다. 또한, 도르래를 통해 연결이 되었으므로 도르래와 줄 사이의 마찰력이 작용하여 장력 값이 달라졌을 수도 있다. 이것에 대한 개선방안으로는 여러 번 실험을 진행하여 그 평균을 계산하는 것과 마찰이 거의 없는 도르래를 사용하는 것과 줄을 수평면과 평행한 상태로 두어 실험을 진행하는 것이 있을 것 같다.다른 실험 제안 및 응용 가능성이번엔 줄에서의 파형을 관찰하였지만, 다음 번 실험에서는 열린 관과 닫힌 관에서의 파형과 공명주파수가 각각 어떻게 되는지 확인해보고 싶다.참고 문헌일반물리학실험 매뉴얼, 서강대학교 물리학과Halliday & Resnick & Jearl Walker, 일반물리학 한글판, 범한서적주식회사, 개정9판, 2011, p.495~505

자연과학| 2024.01.22| 7페이지| 1,000원| 조회(185)

정상파, 일반물리실험1, 서강대학교, 일물실, 줄의파형발생

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(A+)서강대학교 일반물리실험1 실험7 물리전자 결과레포트

실험 7-1. 물리진자실험 7-2. 자유낙하 운동 실험실험 7-1. 물리진자실험목적회전 운동과 연관되어 주기 운동을 하는 물체의 운동을 관찰하고 진동 주기를 측정하여 중력가속도 g를 구해본다.데이터정리막대의 길이(m) : 0.5DATA SHEETDistance h(m) : 0.40물리진자의 질량중심에서 회전축까지의 거리가 0.40 m 일 때의 시간에 따른 각도의 변화로, y축은 각도로 rad을 단위로 갖는다. 이 경우, 진자를 오른쪽으로 들어올린 채로 시작을 하였기 때문에 원점이 기준점이 아닌 좀 더 아랫부분을 기준으로 운동하였다.Distance h(m) : 0.37물리진자의 질량중심에서 회전축까지의 거리가 0.37 m 일 때의 시간에 따른 각도의 변화로, x축은 걸린 시간으로 s을 단위로 갖는다. 이 경우, 진자를 오른쪽으로 들어올린 채로 시작을 하였기 때문에 원점이 기준점이 아닌 좀 더 아랫부분을 기준으로 운동하였다.Distance h(m) : 0.34물리진자의 질량중심에서 회전축까지의 거리가 0.34 m 일 때의 시간에 따른 각도의 변화로, x축은 걸린 시간으로 s을 단위로 갖는다. 이 경우, 진자를 오른쪽으로 들어올리기 전부터 측정을 시작을 하였기 때문에 원점을 기준으로 하는 운동을 하였다.Distance h(m) : 0.31물리진자의 질량중심에서 회전축까지의 거리가 0.31 m 일 때의 시간에 따른 각도의 변화로, x축은 걸린 시간으로 s을 단위로 갖는다. 이 경우, 진자를 오른쪽으로 들어올리기 전부터 측정을 시작을 하였기 때문에 원점을 기준으로 하는 운동을 하였다.Distance h (m) vs period (s)Distance h (m)Period (s)중력가속도실험값이론값오차율 (%)실험값오차율 (%)0.401.281.344.4810.8911.120.371.141.3113.012.9532.140.341.091.2714.213.3336.020.311.091.2311.412.5327.86주기의 실험값의 경우, PASCO CAPSTONE을 통해 구한 중력가속도의 실험값의 경우, 에 측정한 주기 값을 대입하여 g를 구하였다.결과 분석실험 결과회전축과 물리 진자의 무게 중심까지의 거리를 증가시킬수록 주기는 증가하였으며, 중력가속도는 10.89 에서 13.33 사이의 값을 가지게 되었다.관련 이론모든 질량이 한 점에 모여 있는 이상적인 단진자와 달리 복잡한 질량분포를 갖는 진자를 물리 진자라고 한다. 물리진자의 경우도 단진자처럼 각진폭 이 작을 경우 어림잡아 단순조화운동으로 다룰 수 있다. 이 경우에 물리진자의 주기는 다음과 같이 나타낼 수 있다.그리고, 사각판형 강체의 질량 중심에 대한 관성모멘트는 이며, 여기서 인 경우에는 근사적으로 가 된다. 그리고 이 실험에서는 물리진자가 질량중심이 아닌 임의의 축을 중심으로 회전을 하기에 평행축 정리를 이용하여 길이가 L인 막대형 물리 진자의 주기를 구해주면 다음과 같은 식이 나온다.결과 분석 및 오차율이 물리진자는 만큼의 각도를 주었을 때, 처음 시작지점으로 돌아오는 주기 운동을 하였고, 진자가 돌아오는 시간을 측정하여 물리진자의 주기를 확인할 수 있었다. 여기서 물리진자에 작용하는 복원력인 가 물리진자의 끝부분에 작용하는 것이 아닌 매단 점에서 질량중심까지의 거리에 작용하게 되었는데 이것은 물리진자가 단진자처럼 질량분포가 일정하지 않고, 복잡하기 때문에 생긴 것이다. 그리고 이 실험에서 진폭이 작아서 어림잡아 단순조화운동을 생각하여 각진동수를 통한 물리진자의 주기를 구할 수 있었다. 주기 공식에서 관성모멘트 를 구할 때, 진자가 질량중심을 중심으로 회전하는 것이 아니었기에 평행축 정리로 관성모멘트를 구한 후, 주기를 구할 수 있었다.중력가속도의 오차율은 데이터 정리에서 구한대로, 11.12 %, 32.14 %, 36.02 %, 27.86 %가 나와 26.79 %가 나오게 되었다.질문단진자와 물리진자는 어떻게 다른가?단진자의 경우, 질량을 무시할 수 있는 실에 크기를 무시하고 질량만을 가지고 있는 물체를 매달아둔 것이다. 그렇기에 운동을 관찰할 때, 물체의 병진운동져주어야 한다. 또한, 물리진자의 경우 복원력 에 대한 모멘트팔은 단진자처럼 실의 길이인 L이 아니라 매단 점에서부터 질량중심까지의 거리 h라는 점도 차이가 있다.물리진자의 질량중심과 회전축 사이의 거리(h)와 주기(s) 사이의 관계는 어떻게 되는가?물리진자의 주기는 이며, 여기서 물리진자는 임의의 축을 중심으로 회전하기에 관성모멘트 I는 평행축 정리에 의해 이 된다. 이 식을 정리해주면 물리진자의 주기는 이 되고, h에 대해 미분을 하면 양수값이 나오게 되므로 회전축 사이의 거리가 커질수록 주기는 커지게 된다.주기가 최소가 되는 물리진자의 질량중심과 회전축 사이의 거리(h)는 어느 지점인가?주기가 최소가 되는 h를 찾기 위해서 물리진자의 주기 식인 을 h에 대하여 미분을 하여 0인 지점을 찾아주면 h는 다음과 같은 결과가 나온다.즉, 물리진자의 질량중심에서 만큼 떨어진 곳이 회전축이 될 때 주기가 최소가 된다.토의실험 검토이 실험에서는 주기 운동을 하는 물체의 운동을 관찰하고 진동 주기를 구한 후, 물리진자의 주기 공식에 대입하여 중력가속도 g를 구하는 목표를 가지고 있었다. 대체적으로 이론값인 9.8 가 나와서오차 분석 및 개선방안이 실험에서는 움직이는 물리진자가 공기저항을 받아서 주기가 약간씩 차이가 발생했을 수 있다. 또, 미터자로 회전축과 질량중심 사이의 거리를 측정하였을 때에도 사람의 감각을 통한 측정이었기에 어느 정도 오차가 발생하였을 것이다. 이러한 오차의 개선방안으로는 여러번 실험을 진행하여 평균값을 구하는 방법이 있다.다른 실험 제안 및 응용 가능성이번에는 물리진자의 무게중심에서 회전축까지의 거리를 4가지 경우만 실험하였는데 다음 번 실험에서는 좀 더 많은 경우수로 나눠서 주기가 최대가 되는 지점을 직접적으로 찾아보고 싶다.참고 문헌일반물리학실험 매뉴얼, 서강대학교 물리학과Halliday & Resnick & Jearl Walker, 일반물리학 한글판, 범한서적주식회사, 개실험 7-2. 자유낙하 운동 실험1. 실험목적컴퓨터 인터페이스를 이용한320.320.330.320.1010.20.470.290.300.300.300.0910.4구슬 1 (질량: 16.2 g)여기서 값은 구한 d, 을 등가속도 식에 대입하여 계산을 한 값이다.구슬 2 (질량: 16.4 g)d(m)(s)(s)(s)(s)(s)(0.600.340.350.370.350.1210.00.510.310.310.310.310.1010.20.470.300.300.310.300.0910.4여기서 값은 구한 d, 을 등가속도 식에 대입하여 계산을 한 값이다.3. 결과 분석실험 결과구슬 1과 2의 경우에서 이 동일한 값으로 나오게 되었고, 잘 알려진 중력가속도 g의 값인 9.8 과는 약간의 오차를 제외하고는 거의 유사한 값이 나오게 되었다.관련 이론처음에 정지 상태로 시작한 등가속도 운동의 방정식은 (x : 이동거리, a : 가속도, t : 경과시간)이 된다. 이 식을 가속도에 대한 식으로 나타내게 되면 다음과 같다.결과 분석 및 오차율구슬이 떨어지는 높이와 시간과 등가속도 공식을 통한 중력가속도의 실험값과 이론값이 약간의 오차를 제외한다면 비슷하게 나온다는 것을 알 수 있다. 이는 자유낙하 보조기구 장치를 통한 PASCO CAPSTONE의 계산 방법이 등가속도 식인 을 이용하여 측정을 하지 않았을까 생각이 든다. 또, 실제로 잘 알려진 중력가속도 값인 9.8 와 조금씩 차이를 보였는데, 이것은 공기 중의 공기저항이 가속도를 작아지게 해서 생긴 오차라고 보인다.오차율의 경우, 오차율 식인 에 대입하여 계산하면, 구슬1의 경우, 0.99 %, 2.82 %, 1.89 %가 나와서 평균을 구해주면 1.90 %, 구슬2의 경우, 3.84 %, 2.39 %, 0.78 %가 나와서 평균을 구해주면 2.34 %가 나오게 된다.4. 질문1) 가속도는 일정한가?(일정하다면 그 때 물체가 떨어진 거리는 경과 시간에 제곱에 비례한다.)약간의 오차를 제외한다면 구슬1과 2의 경우 모두 가속도(이 실험에서는 중력가속도) 값이 대부분 일정하게 나오게 되었다.2) 가속도가 일정않는가? 또는 물체의 특성에 따라서 변하지 않는가?이 실험에서는 질량이 다른 두 구슬의 중력가속도를 비교하였는데, 질량이 다르더라도 두 구슬의 중력가속도는 같은 것으로 나왔다. 물체가 공기와 닿는 표면적이 넓은 경우에는 공기저항을 더 받아서 가속도의 값이 더 작게 나오게 될 것이다. 즉, 표면적이라는 물체의 특성만이 가속도에 영향을 주는 것이다.만약 변한다면 시간에 따라서 가속도가 어떻게 변하는가?이 실험에서는 질량만을 고려하였기에 가속도가 변하지 않는다는 결과를 알게 되었다.5. 토의실험 검토이 실험에서는 컴퓨터 인터페이스를 통한 자유낙하 운동을 통하여 중력가속도 값을 구해보는 것이 목표였는데, 질량에 따른 구슬의 낙하 시간을 확인하여 등가속도 공식에 대입함으로써 중력가속도의 실험값이 잘 알려진 9.8 는 아니었지만 이론값에 상당히 유사한 값이 나온 것을 확인할 수 있었다.오차 분석 및 개선방안먼저, 자유낙하 보조기구를 사용할 때, 구슬을 잡고 있다가 떨어뜨리는 방식으로 실험을 진행하였는데 그 과정에서 구슬을 손으로 건드려서 구슬의 운동에 방해를 준 것이 오차 중 하나라고 생각이 든다. 또한, 바닥에 설치되어 있는 receptor pad의 경우, 대체적으로 인식이 잘 되지 않는 경우가 종종 있었는데, 아무래도 이 장치의 기계적인 오류로 오차가 발생하였을 가능성도 있다. 이러한 오차의 개선방안으로는 지금 진행한 횟수보다 더 많은 실험을 진행하여 평균값을 계산하여 오차를 줄이는 방법이 있다. 또한, 구슬이 receptor pad에 완전하게 떨어지기 위해서, 위에 설치되어 있는 ball release mechanism에서 미터자를 대고 바닥에 수직으로 둔 다음 그 부분에 정확하게 receptor pad가 위치하도록 하여 구슬이 장치가 인식할 수 있는 위치에 정확하게 떨어지도록 한다.이론을 확인할 다른 실험 제안구슬의 질량만을 달리하여 비교를 하였지만, 표면적이나 크기가 다른 구슬을 비교하여 중력가속도를 측정해보는 것도 좋은 실험이 될 것이다..6. 참고 문헌일반물1

자연과학| 2024.01.22| 12페이지| 1,000원| 조회(183)

일반물리학, 물리진자, 일반물리실험1, 서강대학교, 일물실

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(A+)서강대학교 일반물리실험1 실험11 열의 일당량 측정 결과레포트

실험 11. 열의 일당량 측정실험 11. 열의 일당량 측정실험목적전기 에너지와 전류의 열 작용으로 발생된 열량을 측정하여 열의 일당량을 측정한다.데이터정리열량계의 물당량상온의 물질량110.4 g온도14끓인 물질량159.8 g온도45최종 평형 상태의 온도34열량계의 물당량 M40.93 g질량 인 상온의 물이 방출한 열량과 질량 인 끓인 물+열량계가 방출한 열량이 같다는 식을 통해 열량계의 물당량 M을 구할 수 있었다.열의 일당량물의 질량 m102.2 g처음 물의 온도17나중 물의 온도29평균 전압 V7.59 V전류0.78 A시간 t1120.3 sec열의 일당량 J3.86 J/cal열량계에 가해진 평균 전압과 current probe에 걸린 전류, 전류가 흐른 시간을 통해서 전기 에너지를 구하였고, 1번에서 구한 열량계의 물당량과 물의 질량, 처음과 나중의 물의 온도를 이용하여 열량을 구한 후, 식에 대입하여 최종적으로 열의 일당량을 구해볼 수 있었다.결과 분석실험 결과상온의 물이 흡수한 열량과 열량계와 끓인 물이 방출한 열량의 합이 같다는 것을 통해 열량계의 물당량을 구할 수 있었고, 저항선에 흐른 전류가 발생시킨 열에 사용된 전기 에너지와 그 전기 에너지에 의해 발생된 열량을 통해 전류에 의한 열의 일당량인 3.86 J/cal을 구할 수 있었다.관련 이론온도가 인 물 을 열량계에 부었을 때, 이 흡수한 열량은 다음과 같다.열량계와 의 물이 방출한 열량은 다음과 같다.이 두 식이 같으므로 M에 대해서 정리하면 열량계의 물당량은 다음과 같다.또, 열의 일당량이란, 1kcal에 해당되는 일의 값이다. 따라서 일 W와 열량 Q 사이에는 다음과 같은 식이 성립한다. 여기서 J는 열의 일당량이다. 이 관계를 통해 역학적 에너지 손실을 통해 얻어지는 열량을 계산해줄 수 있다.한편, 저할 R의 저항선에 전류 i가 t초 동안 흐르면 열을 발생시키는데 사용된 전기 에너지는 다음과 같다.전기 에너지에 의해 발생된 열은 열량계 속의 물과 용기의 온도를 에서 로 상승시키며, 이 열량 Q는 다음과 같다. 여기서 m은 물의 질량, M은 용기, 교반기 및 온도계 등의 전체 물당량이고, C는 물의 비열로 1이다.위의 전기 에너지와 열량 식을 정리하여 열의 일당량 식으로 나타내면 다음과 같다.결과 분석 및 오차율먼저, 열량계에 끓는 물을 넣은 후 상온의 물을 넣어서 각 열량을 측정하였으므로 열량계와 끓는 물이 방출한 열량은 상온의 물이 흡수한 열량과 같게 되어서 열량계의 물당량을 구할 수 있었다. 이 물당량은 상온의 물의 질량과 평형 온도와의 온도 차이가 클수록 커졌고, 끓인 물이 질량이 클수록 작아지는 경향을 보였다. 또, 열의 일당량 측정에서는 전기 에너지의 양이 클수록 열을 많이 발생시키므로, 전류의 세기와 전류가 흐른 시간, 전압 값이 클수록 전기 에너지가 커져 결국 일당량이 커지게 되었다. 즉, 이 실험을 통해 1 cal의 열에너지는 3.86 Joule의 역학적 에너지와 같다는 것을 알 수 있었다.오차율의 경우, 실제 열의 일당량에서 비례상수 값이 4.186 J/cal로 알려져 있으므로 실험값과 비교해서 구해주면, 7.79 %가 나온다.토의실험 검토이 실험에서는 전기 에너지와 전류의 열 작용으로 발생된 열량을 측정하여 열의 일당량을 측정하는 것이 목표였는데, 함수발생기를 통해 열량계 안에 열을 가해주었고, 이 과정에서 물과 열량계 사이의 열량을 각각 구해줄 수 있었고, 이 둘의 값이 같아서 열량계의 물당량까지 구할 수 있었다. 이 물당량 값과 열량계에 가해진 평균 전압과 current probe에 걸린 전류, 전류가 흐른 시간 등의 값을 측정하여 열의 일당량도 구해볼 수 있었다.오차 분석 및 개선방안실제 열의 일당량에서 비례상수 값과 실험값이 약간의 차이를 난 것으로 보아 오차가 발생하였다는 것을 알 수 있다. 먼저, 1번 실험에서는 열량계의 뚜껑이 완전히 닫히지 않아서 열이 약간 빠져나갔을 것이다. 또, 물 같은 경우, 시간이 지나다 보면 표면에서 물 입자가 증발하는 현상이 일어나므로 질량이 약간씩 감소를 하였을 것이다. 2번 실험에서는 초시계를 통해 전류가 총 흐른 시간을 측정하였는데 이 때 사람의 감각을 이용하여 시간을 측정하였기에 약간의 오차가 발생하였을 것이다. 이러한 오차들을 개선하기 위해서는 몇 번 더 같은 실험을 진행하여 나온 일당량 값의 평균을 계산하는 방법이 있다.다른 실험 제안 및 응용 가능성저항 값을 모르는 임의의 current probe을 이용하여 열의 일당량이 4.182 J/cal라는 전제 하에 나머지 값을 실험을 통해 구한 후 최종적으로 저항이 어떻게 되는지 확인해보는 실험을 진행해보고 싶다.참고 문헌일반물리학실험 매뉴얼, 서강대학교 물리학과Halliday & Resnick & Jearl Walker, 일반물리학 한글판, 범한서적주식회사, 개정9판, 2011, p.581~583

자연과학| 2024.01.22| 5페이지| 1,000원| 조회(290)

열의일당량측정, 일반물리실험1, 서강대학교, 물당량, 일물실

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(A+)서강대학교 일반물리실험1 실험8 단순 조화 진동자 결과레포트

실험 8-1. 단순 조화 진동자의 주기 측정실험 8-2. 비탈면 위에서의 진동실험 8-3. 용수철의 직렬 및 병렬연결실험 8-1. 단순 조화 진동자의 주기 측정실험목적조화 진동자의 진동 주기를 측정하고, 이론 값과 비교해본다.데이터정리용수철 상수 측정용수철1글라이더의 질량 = 185.6 g, 평형 위치 = 36.7 cm가해진 추의 질량 (g)위치 (cm)변형거리 (cm)힘 (N)1038.82.10.0982040.94.20.1963042.76.00.294여기서 가해진 추의 질량은 실 한 쪽에 추걸이를 달아 매단 추의 질량이다. 변형 거리는 새 평형 위치에서 원래 평형 위치를 뺀 값이다.이 그래프의 기울기는 변형 거리의 차이를 m로 환산하여 계산한 값이며, 5.03으로 이것이 용수철 1의 용수철 상수가 된다.용수철2글라이더의 질량 = 185.6 g, 평형 위치 = 46.8 cm가해진 추의 질량 (g)위치 (cm)변형거리 (cm)힘 (N)1063.516.70.0982080.834.00.1963098.051.20.294여기서 가해진 추의 질량은 실 한 쪽에 추걸이를 달아 매단 추의 질량이다. 변형 거리는 새 평형 위치에서 원래 평형 위치를 뺀 값이다.이 그래프의 기울기는 변형 거리의 차이를 m로 환산하여 계산한 값이며, 0.57로 이것이 용수철 2의 용수철 상수가 된다.주기 측정5회 왕복하는데 걸린 시간 (s)진동주기 실험값(s)진동주기이론값(s)1회2회3회평균글라이더6.136.606.636.451.291.21글라이더 + 100 g8.228.178.238.211.641.50용수철 1여기서 진동주기의 실험값은 5회 왕복하는데 걸린 시간의 평균을 5로 나눠서 구한 것이며, 이론 값은 용수철상수 측정 실험에서 구한 용수철 1의 용수철 상수와 글라이더의 질량을 이용하여 식에 대입하여 구한 것이다. 백분율로 나타낸 오차율은 결과 분석에서 구하여 나타내었다.용수철 25회 왕복하는데 걸린 시간 (s)진동주기 실험값(s)진동주기이론값(s)1회2회3회평균글라이더19.3918.8019더는 36.7 cm, 46.8 cm라는 평형점에서부터 추걸이에 추가된 추의 질량 10, 20, 30 g 만큼 변형거리가 생기게 되었다. 훅의 법칙에 의해 추가된 힘과 변형된 거리를 이용하여 각 용수철의 상수 값을 계산해 볼 수 있었다. 여기서 추의 질량이 증가하면 진동자에 작용하는 알짜 힘이 증가하게 되므로, 탄성력도 그에 따라 증가하게 된다. 따라서 변형 거리가 증가하는 것이고 용수철 상수는 일정한 값을 가지게 되는 것이다. 그리고 주기 측정 실험에서는 글라이더만 움직일 경우와 100 g을 추가한 경우 2가지를 살펴보았는데 진동 주기는 진동자의 질량에 비례하므로 글라이더에 추가되는 질량이 클수록 진동 주기가 커진다는 것을 확인해 볼 수 있었다.진동주기의 오차율을 구해주면, 용수철 1의 경우에는 6.61 %, 9.33 %이 나와 평균 7.97 %이 나오게 되었고, 용수철 2의 경우에는 6.41 %, 5.39 %가 나와 평균 5.9 %가 나오게 되었다.질문글라이더에 싣는 질량이 무거워 짐에 따라 진동주기가 빨라지는가 느려지는가?글라이더에 싣는 질량이 증가하면 진동주기가 느려지는 것을 실험 데이터를 통해 알 수 있었다. 이것은 진동주기의 식인 을 통해 살펴보면, 진동하는 물체의 질량인 m이 증가할수록 T도 증가하게 되므로 진동주기가 증가하게 되는 것이다.만약 평형 위치에서 잡아당기는 거리가 변화하면 주기 또한 변화하는가?주기에 영향을 주는 요소는 진동하는 물체의 질량과 용수철 상수 뿐이다. 따라서 평형 위치에서 잡아당기는 거리가 증가하거나 감소하더라도 주기에는 영향을 주지 않는다.토의실험 검토이 실험에서는 조화 진동자의 진동 주기를 측정하고, 이론 값과 비교해보는 것이 목표였다. 먼저, 용수철 1, 2의 경우에서 추가된 질량에 따라 평형점에서부터 얼만큼 떨어져 있는지 변형거리를 측정하여 그 변형거리에 따른 힘의 변화가 어떻게 달라지는지 그래프로 확인하여 용수철 상수를 구해볼 수 있었고, 각각의 경우에서 진동주기를 측정하여 이론 값과 비교해봄으로써 그 값이 유사하다 추가 달린 용수철의 진동주기를 측정하여 이론 값과 비교한다.2. 데이터정리이론적인 주기 측정글라이더의 질량 = 185.6 g, 평형 위치 = 36.0 cm, 경사각 = 3.87글라이더 양쪽에추가된 추의 질량 (g)위치 (cm)변형거리 (cm)힘 (N)2036.40.40.1364036.80.80.2726037.01.00.408여기서 힘은 글라이더에 추가된 질량에 의한 힘인 으로 구한 것이다. 변형 거리는 이동된 평형 위치에서 원래 평형 위치를 빼준 값이다.이 그래프의 기울기는 변형 거리의 차이를 m로 환산하여 계산한 값이며, 2.83으로 이것이 용수철 상수가 된다. 이 값을 통해 진동하는 글라이더의 주기를 식에 대입하여 구해보면, 1.69 s가 나오게 된다.경사각 ()5회 왕복하는데 걸린 시간 (s)진동주기 실험값 (s)1회2회3회평균3.878.438.037.708.051.615.796.936.846.666.791.367.706.246.266.336.281.26실험적인 주기 측정여기서 진동주기의 실험값은 5회 왕복하는데 걸린 시간의 평균을 5로 나눠서 구한 것이다. 1번에서 구한 진동주기의 이론 값은 1.69이며, 실험값은 1.61이므로 진동주기가 매우 비슷하게 나왔다. 경사각이 증가함에 따라 진동주기가 조금 증가하는 경향을 보였지만, 거의 비슷한 값을 나타내긴 하였다.3. 결과 분석실험 결과이론적인 주기를 측정하였을 때에는 글라이더의 주기가 1.69 s가 나오게 되었고, 실험적인 주기를 측정하였을 때에는 1.41로 약간의 차이가 있었지만 그래도 거의 유사한 값을 보이게 되었다.관련 이론용수철에 매달린 질량 m인 물체의 이론적인 진동 주기 식은 다음과 같다.여기서 k는 용수철 상수이며, 훅의 법칙에 의하면, 용수철에 의해 물체에 작용되는 힘은 용수철이 압축되거나, 늘어난 길이에 비례하고 이를 식으로 표현하면 가 된다. 따라서, 용수철 상수는 여러 가지 다른 크기의 힘을 용수철에 작용하여 그 때마다 늘어나거나, 압축되는 용수철의 길이를 재고 이것을 길이와 힘에 경사각이 90도가 되면 주기는 어떻게 되겠는가?평지나 경사면에서의 주기와 마찬가지로 거의 변함이 없을 것이다.5. 토의실험 검토이 실험에서는 비탈면의 각도를 달리하며 추가 달린 용수철의 진동주기를 측정하여 이론 값과 비교해 보는 것이 목표였는데, 비탈면의 각도를 달리 하여도 진동주기가 약간의 차이는 있었지만 1초대로 거의 일정한 값을 나타낸다는 것을 알 수 있었다.오차 분석 및 개선방안자로 평형거리를 측정할 때와 초시계로 주기를 측정하였을 때, 사람의 감각으로 측정하였기에 오차가 발생한 것으로 보인다. 또한, 움직이는 글라이더가 공기저항과 바닥과의 미세한 마찰을 받기 때문에 측정값이 약간 다르게 나왔다는 것을 확인할 수 있다. 이러한 오차의 개선방안으로는 같은 측정을 5번 이상 진행하여 평균을 구하는 것이 될 것이다..6. 참고 문헌일반물리학실험 매뉴얼, 서강대학교 물리학과Halliday & Resnick & Jearl Walker, 일반물리학 한글판, 범한서적주식회사, 개정9판, 2011, p.181~182실험 8-3. 용수철의 직렬 및 병렬연결1. 실험목적직렬 연결과 병렬 연결된 용수철의 진동 주기를 측정하여 용수철 한 개의 진동주기와 비교한다. 또한, 진동하는 물체 양쪽에 용수철을 설치하여 그 경우에도 주기가 어떻게 되는지 확인해본다.2. 데이터정리글라이더의 무게 = 205 g용수철5회 왕복하는데 걸린 시간 (s)진동주기 (s)1회2회3회평균한 개8.838.168.248.411.68직렬10.0110.149.8910.012.00병렬5.475.876.005.781.16양쪽4.024.144.044.070.81각각 용수철을 한 개 연결하였을 경우, 2개를 직렬로 연결한 경우, 2개를 병렬로 연결한 경우, 진동하는 물체 양쪽에 용수철을 연결한 경우 총 4가지의 경우를 각각 3번씩 5회 왕복 주기를 측정하여 평균을 구하고 5로 나눠 진동 주기를 구한 데이터이다.결과 분석실험 결과용수철 1 개의 경우에는 진동주기가 1.68 s, 직렬연결의 경우에는 2.00 s, 병용수철 상수는 반비례하므로 용수철 상수가 커지면 진동주기는 용수철 1개를 연결했을 때보다 작아지게 되는 것이다. 마지막으로, 양쪽으로 용수철을 연결한 경우에는 한 쪽으로 잡아당겨 힘을 작용한다고 가정하면 글라이더의 양쪽 부분에서 같은 방향으로 두 힘이 작용하게 되며 알짜 힘이 커지게 된다. 따라서 병렬연결과 같은 원리라고 생각할 수 있고, 그렇기에 용수철 1개인 경우보다 진동 주기가 짧아지게 된 것이다.오차율의 경우, 이 실험에서 용수철 상수 값을 알 수 없으므로 진동 주기의 이론 값을 계산할 수 없다. 따라서 오차율을 구할 수는 없다.4. 질문1) 직렬연결과 병렬연결 중 어떤 때 인가?병렬연결의 경우가 전체 용수철 상수가 2K가 된다. 이 실험에서 글라이더에 작용하는 힘이 각각의 용수철에 나눠서 작용하므로, 힘이 절반이 되고 용수철이 1개일 때보다 늘어나는 길이가 절반으로 줄어들게 된다. 따라서 용수철 상수는 2배가 되는 것으로 판단할 수 있다.2) 직렬연결과 병렬연결 중 어떤 때 인가?직렬연결의 경우가 전체 용수철 상수가 가 된다. 용수철에 작용하는 힘은 2개의 용수철에 동시에 작용하게 된다. 따라서 두 용수철 모두 상수가 k일 때의 길이 만큼 늘어나게 된다. 그렇기에 힘은 일정한데 전체적으로 늘어나는 길이가 2배가 되고, 용수철 상수는 가 되는 것으로 판단할 수 있다.양쪽 연결은 직렬연결인가? 병렬연결인가?양쪽 연결의 경우, 글라이더를 오른쪽으로 x만큼 당겼다가 놓는다고 가정하면, 왼쪽 용수철은 늘어나고, 오른쪽 용수철은 줄어들게 된다. 여기서 힘의 방향을 고려해본다면, 글라이더의 왼쪽 부분은 늘어났으므로 왼쪽으로 당기는 힘이 생겨서 왼쪽으로 힘을 받게 되고, 오른쪽 부분은 줄어들어서 왼쪽으로 미는 힘이 생겨서 두 힘이 서로 같은 방향으로 글라이더를 밀게 된다. 힘이 더 커졌으므로 병렬연결이라고 판단할 수 있다.5. 토의실험 검토이 실험에서는 직렬 연결과 병렬 연결된 용수철의 진동 주기를 측정하여 용수철 한 개의 진동주기와 비교해 보는 것이 목표였는데,

자연과학| 2024.01.22| 16페이지| 1,000원| 조회(589)

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