일반물리학실험1(실험리포트)- 실험 주제 -자유낙하이름 :학과 : 재료화학공학과학번 :수업번호 : 23108 ( 교수님)날짜 : 2021년 3월 27일 (제출일)2021년 3월 21일 (실험일)1. 실험제목자유낙하2. 실험목적서로 다른 질량을 가진 두 물체가 낙하하는 가속도를 구하고, 그 가속도가 중력가속도와 일치하는지, 공기저항력은 어떻게 다른지를 구한다.3. 이론 및 원리자유낙하란 어떠한 물체가 힘을 만유인력만 받아 일정한 가속도로 운동하는 상태이다. 중력을 제외한 다른 외력은 존재하면 안 되지만, 현실에서는 공기저항과 같은 다른 힘들을 받는다.*만유인력의 법칙1687년 뉴턴이 발표한 법칙이다. 질량을 가진 물체 사이에 작용하는 서로 잡아당기는 힘F : 두 점 질량 간의 중력의 크기 G: 중력상수 (6.673x10-11Nm^2/kg^2)m : 첫 번째 점질량의 질량 M: 두 번째 점질량의 질량r : 두 점 질량 간 거리자유낙하는 질량에 상관없이 중력가속도 g로 모든 물체에 동일하게 작용이 된다.따라서 진공의 상태에서 질량이 다른 물체를 자유낙하시키면 같은 등속 운동을 하게 된다.4. 장치 및 방법 (Experimental method)장치 : 운동센서(낙하물체의 가속도와 추세선식 파악을 위함), 센서 가드(오차 발생의 원인을 사전에 차단하기 위함), 종이판(낙하물체), 850 인터페이스(센서가 측정한 가속도와 추세선식의 그래프를 컴퓨터에 입력, 표시하기 위함), 커팅매트(센서의 미끄럼 방지)실험방법 :1. 위의 장치들을 사진과 같이 세팅한 뒤, 플라스틱 상자는 책상아래에 둔다.2. 커팅매트 위에 센서를 고정한 뒤, 센서 옆 면의 회전 각도기를 이용해 지면과 수직을 이루도록 설정한다. 센서의 range switch를 short switch로 변경한다.3. 센서 위에 센서 가드가 연결선을 누르지 않도록 주의하여 설치한다.4. 센서의 연결선을 850 인터페이스의 passport sensor 입력단자 1번에 방향을 정확히 확인하고 연결을 한다.5. 실험대의 바탕화면의 우측 상단에서 1학기 실험 폴더를 찾아 자유낙하cap파일을 더블클릭하여 측정용 소프트웨어를 시작한다. 이때, 센서의 sampling rate는 100Hz를 사용한다.6. 낙하물체로는 두꺼운 종이판과 얇은 종이판을 붙인 것과 두꺼운 종이판 하나만을 사용한다. 먼저 두꺼운 종이판을 센서의 수직 방향으로 1m 떨어진 곳에 위치시킨다.7. 측정 프로그램의 기록 버튼을 누른 직후, 위치시켜뒀던 두꺼운 종이판을 떨어트려 자유낙하운동을 시작한다. 이때 종이판의 면과 지면이 평행을 유지하면서 운동하는 구간이 있어야 한다.8. 측정 프로그램의 파란색 그래프가 아래 그림과 같이 부드러운 곡선 구간을 가져야 한다. 그렇지 않다면 재측정을 한다.9. 부드러운 곡선 모양의 구간이 나왔다면, 그림과 같이 분석할 영역을 선택한 뒤, fitting기능을 사용해 2차 곡선의 계수를 구한다. 하늘색 그래프에서 구간을 선택한 뒤, 평균 가속도를 구한다.10. 두꺼운 종이판과 얇은 종이판을 붙인 낙하물체를 위와 같은 방법으로 측정한다.11. 수식 F=mg-f=ma를 이용하여 공기저항력f를 구한다(mg=낙하하는 물체가 받는 중력,f=낙하하는 물체가 받는 공기저항력,F=낙하하는 물체가 받는 알짜힘)5. 실험 결과 (Results)＊두꺼운 종이판(질량m=29.30g)-측정①-측정②-측정③회 수추세선 식 (y=At^2)측정 가속도 (m/s^2)1-2.77-5.532-2.83-5.933-2.72-5.49평균-5.65공기저항력(f)m(g-a)=29.30(9.8-5.65)=121.595＊두꺼운 종이판+얇은 종이판(질량m=46.32g)-측정①-측정②-측정③회 수추세선 식 (y=At^2)측정 가속도 (m/s^2)1-3.29-6.322-3.60-7.413-3.44-6.82평균-6.85공기저항력(f)m(g-a)=46.32(9.8-6.85)=136.6446. 분석 및 토의 (Discussion)우리가 구한 가속도의 값이 A*2값과 유사하다는 점에서 우리의 실험이 제대로 이뤄졌다는 것을 알 수 있었다. 실험이 성공한 이유들 중 제인 큰 이유는 지면과 낙하물체가 낙하하는 면적의 평행의 유지라고 생각되어진다. 만약 평행이 유지된 구간이 매우 짧거나 매우 불안정했다면, 추세선 식이 부드러운 곡선의 형태가 아닌 파동의 형태로 그려졌을 것이고, 그렇게 되면 가속도 또한 일정하지 않아 올바른 값이 도출 될 수 없었을 것이다.우리가 구한 가속도가 중력 가속도와 전혀 유사하지 않다는 점에서 외력의 존재여부또한 알 수 있었다.서로 같은 크기의 중력가속도, 서로 같은 면적(지면과 평행인 면)의 두 물체가 받는 공기저항력이 다른 원인이 질량에 있음을 알 수 있었다. 그 이유로 낙하하는 물체는 질량*중력 가속도만큼의 힘을 받으며 가속되고, 공기저항력은 이에 비례하기 때문이다.
