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길이 및 곡률반경 측정

길이 및 곡률반경 측정1. 실험제목길이 및 곡률반경 측정2. 실험날짜2019년 5월 28일3. 실험목적버니어 캘리퍼와 마이크로미터를 이용하여서 물체의 길이, 구의 직경, 원통의 내경과 외경 그리고 얇은 판의 두께 등을 측정하고 스페로미터로 구면경 또는 렌즈의 곡률반경을 구한다.4. 실험기구버니어 캘리퍼, 마이크로미터, 구, 얇은 판, 스페로미터, 구면계, 원통시료, 철사, 평면 유리판 및 구면경5. 실험이론5.1 마이크로미터금속으로 만든 틀 F의 한쪽에 평면 금속편의 모루 A가 달려있으며 반대쪽에는 표면에 mm눈금이 그어져 있다. 안쪽이 암나사로 되어 있는 원통소매 B가 붙어있다. 이 소매에 1/2 mm 또는 1mm 피치의 나사스핀들 C가 끼워져 있으며 이 C의 A에 대한 단면은 A와 평행하도록 되어 있다.손잡이 D의 한 왼쪽 끝의 원추면에는 원주를 50등분 또는 100등분한 눈금이 그어져 있으며 그 눈금의 영점은 A와 C의 단면이 맞닿았을 때 B의 눈금이 영점과 일치하도록 되어 있다. 나사의 피치가 1/2mm인 것은 D를 두 바퀴 돌렸을 때 C가 1mm 진행한다.대부분의 마이크로미터 나사의 피치는 1/2mm로 되어있으며 B눈금은 회전수가 아닌 mm수를 나타낸다. D자에는 50개의 눈금이 있으므로 이 눈금 하나는 1/50 회전 또는 0.01mm만큼 C를 앞으로 나아가게 한다. 즉, D자는 한 눈금의 1/10까지 눈어림으로 읽어야 하기 때문에 1/1000mm까지 측정하게 된다. B자를 만드는데는 다양한 방법이 사용되게 된다.5.2 버니어 캘리퍼자의 최소눈금을 1/10까지 혹은 그 이상의 정밀도까지 읽을 수 있는 장치인 버니어는 주적의 9눈금을 10등분하여 눈금을 만든 것으로 한 눈금은 주척의 눈금보다 1/10만큼 짧게 되어 있다. 그러므로 주척의 한 첫 번째 눈금과 버니어의 첫째 눈금을 일치시키면 버니어는 주척의 눈금의 1/10만큼 이동하게 된다.이와 같은 원리로 버니어의 n번째 눈금이 주척눈금과 일치를 하고 있으며 주척의 n/10 눈금만큼 이동하게 된다. 일반적으로는 주척의 최소눈금을 1/n까지 읽으려면 주척의 (n-1)눈금을 n등분 하여서 버니어를 만들거나 혹은 주척의 (n+1)눈금을 n등분한 눈금을 사용하기도 한다.정밀하게 읽기 위해서 주척의 19눈금을 20등분한 버니어 캘리퍼도 있는데 이는 0.05mm까지 측정할 수 있으며 주척의 39눈금을 20등분한 것 또한 0.05mm까지 측정이 가능하다. 버니어의 용도를 살펴보면 외경재기로 외경을 측정한 후에 내경재기로 내경을 측정한다. 그리고 깊이로 길이를 측정할 수 있다.5.3 구면계구면계는 일종의 마이크로미터라 할 수 있으며 정삼각형을 이루는 세 개의 다리가 있으며 이 정삼각형 ABC의 중심을 통하고 AVBC 평면에 수직으로 움직이는 다이얼 게이지 D가 있다. 다이얼게이지 한 칸의 눈금은 0.01mm이고, ABC 평면과 D의 위치가 일치할 때가 기준점으로 설정이 되어 있다. 곡면의 볼록함과 오목함의 정도를 다이얼 게이지 눈금을 읽음으로써 바로 높이 h를 읽을 수 있게 된다.6. 실험방법6.1 마이크로미터1) 죔쇠조정기를 푼 다음에 AC 사이에 아무것도 끼우지 않고 E를 가만히 돌린다. 그후 AC가 점히면 E가 헛돌게 된다. 이 때의 B와 D가 영점이 되었는지 확인을 한 후에 영점조정기를 사용하여 B의 홈을 돌려서 영점을 조정한다.2) 주어진 두 종류 철사의 직경과 종이이 두께를 차례로 10회씩 측정하여 0점을 보정하여 평균과 표준오차를 구한다.3) 측정이 끝난 후에 죔쇠조정기를 잠근다.6.2 버니어 캘리퍼1) 주어진 시료의 외경과 내경, 깊이를 측정한다.2) 측정시에 반드시 고정나사를 죄어 버니어를 고정시킨다.3) 각 조원들이 눈금을 확인한 후에 10회씩 측정한다4) 측정 후에 평균과 표준오차를 구한다.6.3 구면계1) 구면계를 평면 유리판 위에 놓고 0점을 조절한다.2) 구면위에 구면계를 조심스럽게 올려놓은 후에 높이 H를 1/100mm 단위까지 읽는다3) 다시 평면 유리판 위에 구면계를 놓고 영점 조절을 한 후에 과정을 10회 반복하여서 평균값 h를 구한다.4) 구면계를 평평한 백지 위에 놓은 후에 가볍게 눌러 각 정점에 자국을 낸다 이 3점 사이의 거리 a를 캘리퍼로 읽는다. 이렇게 5회 측정하여 평균값 a를 구한다.5) 위의 측정값으로부터 구면경의 곡률반경 R을 구한다.6) 곡률반경이 너무 크거나 작은 경우에는 세 정점 ABC의 위치를 이동시켜서 실험할 수 있도록 한다.7. 주의사항- 구면계는 항상 구면계 보관함에 넣어서 보관한다.- 구면계의 다리사이의 거리 A 측정시에 두꺼운 종이 위에 찍어 끝이 상하지 않도록 한다.

공학/기술| 2020.08.09| 5페이지| 1,500원| 조회(206)

레포트, 실험, 일반물리학및실험, 곡률반경, 일반물리학, 길이 및 곡률반경 측정

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힘의 평형 평가A+최고예요

힘의 평형1. 실험제목힘의 평형2. 실험날짜2019년 5월 29일3. 실험목적힘의 벡터 합성과 분해 그리고 여러 힘의 평형 조건을 실험한다.4. 실험기구힘의 합성대, 추, 수준기, 그래프 용지5. 실험이론5-1. 힘의 평형어떤 물체에 여러 가지 힘이 작용하고 있을 때, 이 모든 힘을 합한 합력이 0이 되어 운동 상태가 변하지 않고 평형을 이루는 것을 의미한다. 실제 힘은 작용하고 있지만, 마치 힘이 작용하지 않는 것처럼 보인다.만약 두 힘이 작용할 경우, 크기가 같고 방향이 반대라면 합력이 0이 되므로 힘의 평형을 유지한다. 세 가지 이상의 힘이 작용할 경우, 힘의 합성에 따라 합력이 0이 되는 경우에 평형을 유지한다. 합력이 0이기 때문에 뉴턴의 운동 제2법칙에 의해 가속도=0이므로 운동 상태가 변하지 않는다. 정지해 있는 물체는 계속 정지하고, 운동하는 물체는 속력이 변하지 않는다.(1) 1점 O에 작용하는 두 힘의 크기가 같고 방향이 정반대일 때, 두 힘은 평형을 유지한다.(2) 세 힘에 의한 물체의 평형. 하나의 물체에 작용하는 세 힘 F1, F2, F3이 평형을 이루고 있을 때, 벡터그림과 같이 닫혀진 3각형이 된다. 또 이때의 세 힘의 작용선은 1점 O에서 HYPERLINK "https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=506178&ref=y" 교차된다.(3) 물체에 작용하는 평행력의 평형(a) 같은 방향의 2 평행력의 합성 : 같은 방향의 2 평행력 F1, F2에 균형을 이루는 힘 F는 F1, F2의 합이며 F가 작용하는 위치는 F1, F2의 반비에 내분하는 점에서 그 방향은 F1, F2의 큰 힘과 반대다.5-2. 평형상태의 조건물체의 평형상태라 함은 물체가 원래의 상태를 변함없이 계속 유지하고 있는 것을 의미하며, 정지상태, 등속직선 운동상태 등의 모든 경우를 뜻한다. 따라서, 여러 힘을 받고 있는 물체가 평형상태에 있으려면 다음과 같은 두 가지 조건이 필요하다.평형상태의 조건은(1) 제 1 평형조건 : 선형적인 평형상태, 즉 정지 또는 등속직선 운동상태를 유지하기 위해서는 모든 외력의 합이 0이 되어야 한다. 이를 수식으로 나타내면,ΣF=0(2) 제 2 평형조건 : 회전적인 평형상태, 즉 정지 또는등속회전 운동상태를 유지하기 위해서는 임의의 축에 관한 모든 힘의 모멘트, 즉 토크의 합이 0이 되어야 한다. 이를 수식으로 나타내면,Σ=0이 실험에서는 질점의 평형상태를 다루므로, 제 1 평형조건만 만족하면 된다 그리고 문제를 간단히 하기 위해서 모든 힘이 한 평면상에서 작용하도록 하였다. 한편, 벡터합을 구하는 데는 도식법(또는 작도법)과 해석법이 있다.5-3. 도식법에 의한 벡터합성OA와 OB의 합을 구해보자. 이들의 벡터합 또는 합력 R은 두 벡터를 한 쌍의 변으로 하는 평행사변형을 그려서 두 벡터가 만나는 점으로부터 평행사변형의 대각선을 그림으로써 구한다. 이 대각선 벡터 R은 두 벡터의 합으로서 합력의 크기와 방향을 나타낸다.두 개 이상의 벡터들의 합력을 구할 때는 다각형법을 사용하는데, 처음에 벡터 A의 화살표 끝에서 벡터 B를 그린다. 그리고 벡터 B의 작용점을 오게 하여 벡터 A의 작용점과 벡터 B의 화살표 끝에서 다시 벡터 C를 그린다.이때, 벡터 A의 시작점으로부터 벡터 B의 끝을 연결한 벡터 R은 벡터 A와 벡터 B의 합 벡터가 되고, A 벡터의 시작점으로부터 벡터 C의 끝을 연결한 벡터 R’은 벡터 A,B,C의 합이 된다. 같은 방법으로 여러 개의 벡터합을 구할 수 있다.5-4. 해석법두 벡터의 합은 sine과 cosine의 삼각법칙을 이용하여 해석적으로 구할 수 있다. 두 벡터 A, B를 생각하자. 이 그림에서 합력 R의 크기는 다음과 같이 구할 수 있다.6. 실험방법1) 합성대 밑에 위치한 조준나사를 가지고 합성대의 수평을 맞춘다.2) 도르래 A, B, C에 임의의 질량을 올려놓은 후, 도르래 B, C의 각을 임의로 움직여 평형을 맞춘다.3) 중앙의 가락지를 조금 움직여보아 평형이 되었는지 확인한다.4) 평형이 되었으면, 도르래 A, B, C의 질량과 각 A와 각 B와 각 C를 기록한다.5) 평형이 맞은 상태에서 평행대를 기울여보고 평행대가 수평이였을 떄와 비교한다.6) 각각의 실험 데이터 A, B를 이용해 c’을 작도하고, 실험값 C와 비교한다.

공학/기술| 2020.08.09| 5페이지| 1,500원| 조회(806)

레포트, 실험, 힘의 평형, 일반물리학

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얇은 판의 두께 측정

얇은 판의 두께 측정1. 실험제목얇은 판의 두께 측정2. 실험날짜2019년 5월 22일3. 실험목적광학지레(Optical lever)를 써서 얇은 판의 두께를 측정한다.4. 실험기구광학지레(Optical lever), 마이크로미터, 자 달린 망원경, 버니어 캘리퍼스, 줄자, 얇은 판, 검은 종이5. 실험이론5-1. 원리거울 (M)의 앞쪽에 적당히 떨어진 자 (S)를 망원경 (T)을 통해 보면 자의 눈금 (X0)가 보인다. 다음에는 거울 (M)을 미소한 각 θ만큼 기울게 하고 망원경 (T)을 통해보면 자의 눈금 (X0)이 보인다. 이때 각 x0x0 = 2θ이고, 거울 (M)과 자 (S) 사이의 거리를 L이라 하면tan (2θ) ~ 2θ ~이 된다.한편 거울은 3개의 다리 A,B,C가 고정되어 있는데 이를 삼각반사경이라고 한다. 삼각반사경의 두 다리 B,C의 끝을 잇는 선을 축으로 다리 A의 끝이 회전하여 미소거리 e만큼 움직였다면tan (θ)~ θ=가 된다.여기서, d는 A의 끝과 B,C의 끝을 잇는 직선 사이의 거리이다. A의 끝점이 움직인 거리 e는E=이 된다.이 방법은 원리적으로 회전축에 긴 지침을 달아서 지침의 끝점이 움직인 눈금을 보는 것과 같으나 회전각을 2배로 확대하였다는 것과, 지침으로 무게가 없는 광선을 이용하고 있다는 것이 장점이다.6. 이론정리광학 지레는 기준면과 측정 대상에 거울 M을 걸쳐놓고 거울이 기울어지는 각도α의 상대적 변위를 광학적으로 측정하여 길이의 미세한 변화를 알아내는 장치이다. 이것은 한 반사경에 일정한 방향의 빛을 투과시켰을 때 반사경이 α만큼 회전하면 반사 법칙에 의하여 광선은 2α만큼 변하게 되는 것을 이용한 것이다.광학 지레를 평면대 위에 놓고 그림1의 광학지레에 레이저광이 반사되어 스텐드S에 반사광이 오도록 조절한 다음 광학 지레의 앞발C 아래에 얇은 종이를 끼우면, C는 α도 만큼 기울어지고 동시에 거울M도 α도 만큼 기울어지며, 스텐드의 반사광 위치는 y에서 y’으로 이동한다.거울 M의 앞쪽 약 2m의 거리에 세워둔 잣대 S가 거울 M에서 반사되어 생기는 상을 망원경 T의 시야 속에 들어오게 한 다음, 망원경의 십자선과 일치하는 잣대 S의 눈금 y0을 읽을 수 있다. 광학지레의 발 C 아래에 얇은 판을 끼우면 발 C 는 θ만큼 기울어지고 동시에 거울 M도 θ만큼 기울어진다. 이 때 관찰되는 잣대의 눈금을 y, 잣대 S와 거울 M사이의 거리를 L이라 하면, tan2θ는 tan2θ=y-y0 / L이고, 여기에서 y-y0 는 잣눈의 이동거리이다. tanθ θ이므로 2θ=y-y0 /L가 된다.7. 실험방법1) 자 달린 망원경과 광학지레를 일직선상에 놓는다.(거리는 1.5m 이상으로 한다.)2) 망원경 위쪽에서 맨눈으로 거울을 보면서 거울에서 자가 반사되어 보이도록 거울의 방향과 각도를 조절한다.3) 망원경으로 거울 속의 자가 보이게 되면 망원경을 통해 십자 선과 자의 눈금을 정확히 읽을 수 있도록 조절한다.(십자선의 선명함의 조절은 대안렌즈를 돌려서 하고 초점은 나사를 돌려 맞춘다.)4) 망원경을 통해서 십자 선과 일치한 자의 눈금(x0)을 읽어 기록한다.5) 다음에는 삼각반사경의 다리 B,C가 움직이지 않도록 하면서, A의 다리를 살며시 들어올리고 그 밑에 측정하려는 얇은 판을 끼운다, 이때의 십자선의 눈금(x0)을 읽어 기록한다. 이와 같은 측정을 몇 번 되풀이하여 평균치를 구한다.6) 거리를 변화시켜 (1)~(5) 과정을 반복한다.7) 거울 M과 자 S사이의 거리 L은 줄자를 사용하여 여러 번 측정하여 그 평균치를 기록한다.8) 삼각반사경을 검은 종이 위에 올려놓고 가볍게 눌러서 다리의 끝의 흔적을 낸 다음, B,C점을 연결하는 직선과 A점 사이의 거리 d를 [그림 2.3]을 참고로 하여 캘리퍼스로 측정한다.9) 측정한 데이터를 가지고 식 (3)에 대입하여 얇은 판의 두께를 계산한다.10) 마이크로미터로 얇은 판의 두께를 측정한 후 계산 값과 비교한다.

공학/기술| 2020.08.09| 5페이지| 1,000원| 조회(142)

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고체의 선팽창계수 평가A+최고예요

고체의 선팽창계수1. 실험제목고체의 선팽창계수 측정2. 실험날짜2019년 5월 15일 수요일3. 실험목적온도가 올라가면 물질은 일정한 비율로 팽창함을 확인하고 금속의 온도에 따른 선팽창 계수를 측정한다. 여러 가지 금속 막대의 온도에 따른 선팽창계수를 측정해보고 물질에 따라 그 값이 다른 고유한 특성을 가짐을 이해한다.4. 실험기구측정 베이스, 선팽창 계수 측정 장치, 증기 발생기, 디지털 온도계, 실리콘 연결 호스, 측정 시료, 온도센서 비커, 보호 장갑5. 실험이론5-1. 위치에너지원자들은 격자점을 중심으로 진동을 하과 있으며 온도가 올라가면 내부에너지가 증가하여 원자들이 크게 진동하게 된다. 정전기력과 같은 HYPERLINK "https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1102773&ref=y" 보존력이 작용하는 공간 내에 물체가 있을 때, 기준점으로부터의 물체의 위치에 따라서 정의되는 에너지를 위치에너지라고 한다.물체가 현재의 위치로부터 기준점까지 이동하는 동안에 보존력이 물체에 하는 일의 양으로 위치에너지를 정의한다. 지표면 근처의 중력장을 예로 들면, 이는 보존력장으로 각 위치에서 중력은 거의 일정한 크기를 가지며 모두 지구 중심방향을 향한다. 중력이 일정하다고 가정하고 지표면을 기준 높이로 정할 때, 지표면으로부터 높이 h에 있는 물체가 지표면에 도달하는 동안 중력이 물체에 하는 일은 mgh이다. 따라서 이 일의 양이 높이 h에 위치한 물체의 위치에너지이다. INCLUDEPICTURE "https://dbscthumb-phinf.pstatic.net/2765_000_333/*************3610_EBK3AR7WU.gif/121476_0.gif?type=m1500&wm=N" * MERGEFORMATINET 물체가 보존력만을 받으면서 기준점까지 이동할 때 할 수 있는 일의 양으로 생각할 수도 있다. 높이 h에 있는 물을 떨어뜨려서 물레방아를 돌린다면 위치에너지만큼의 일을 얻을 수 있게 된다.수력발전은 이러한 물의 위치에너지를 이용해서 발전기를 돌리는 일을 하고 이로부터 전기에너지를 얻는 방법이다. 위치에너지는 기준점을 정하는 방법에 의존한다. 즉, 공간상의 같은 위치라고 하더라도 기준점을 정하는 방법에 따라서 다른 값의 위치에너지를 가지지만 위치 차이에 따른 위치에너지의 차이값만이 물리적 의미를 가지므로 기준점은 편의에 따라 정할 수 있다.5.2. 선팽창계수물체의 열팽창 정도를 나타내는 계수에는 선팽창 계수 α가 있다. 온도의 증가에 따라 물체의 길이, 또는 부피가 얼마나 증가하는 가를 나타내는 실험적 상수들이다. 고체의 선팽창 계수는 온도가 1도 올라갔을 때 단위 길이 당 늘어난 길이로 정의된다. 고체의 길이나 체적은 일반적으로 온도 T의 함수로써 온도의 상승과 더불어 증가하기 때문에 T의 멱급수로 표시할 수 있다.선팽창계수는 좁은 온도범위에서는 상수로 간주되지만 일반적으로 넓은 온도범위에서는 상수가 아니다. 따라서 실측한 HYPERLINK "https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1062647&ref=y" 곡선 중 HYPERLINK "https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1144624&ref=y" 직선에 근접할 수 있는 온도범위를 지정하여 그 중에서 통용하는 선팽창계수로써 평균선팽창계수를 이용한다.또한 이방성을 갖는 고체의 경우, 방향에 따라 다른 선팽창계수의 HYPERLINK "https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1158007&ref=y" 평균값을 평균선 팽창계수라고 한다. 선팽창계수가 크다는 것은 온도가 변할 경우 재료의 크기가 심하게 변한다는 의미이므로 재료선택, 특히 전자제품 등 소재를 선택할 때 중요한 항목이다.l= l0(1+αT+βT2+γΤ³+…)여기서 l0은 0℃일 때의 길이이며, α, β, γ는 그 물질의 종류에만 관계되는 상수로 매우 작은 값이다. 온도 T의 2차항 이상은 전항에 비하여 무시대도 될 만큼의 작은 값이므로 우리가 측정하는 온도 범위 내에서는 l=l0(1+αΤ) 따라서 α=(l-l0)/(l0Τ)이라 해도 무방하다.α가 0℃와 T℃사이에서의 평균 선 팽창률로서 고체인 경우 10-5/℃ 정도의 값을 갖는다. 따라서 0℃ 및 T℃ 때의 길이 l0, l을 측정하게 되면 식 (2)로부터 α를 얻을 수 있다. 그런데 일일이 0℃ 때의 길이를 재는 것은 곤란하기 때문에 임의의 두 온도 T1, T2일 때의 길이를 l1, l2라 하고, l2-l1=l을 측정하여 αΤd의 2차항 이상을 무시하면α= =에 의하여 α가 구해진다.6. 실험방법1) 시료의 설치철, 알루미늄, 구리의 세 가지 시료 중 하나를 가로로 놓아 설치하고 고정핀 부근의 나사를 조여 고정시킨다.2) 디지털 온도계와 온도 센서의 연결시료 가운데 부착된 온도센서의 연결선을 디지털 온도계에 연결한다.3) 증기 발생기의 설치 및 호스연결증기 발생기의 물통에 2/3 가량의 물을 채운 후 고무마개를 막고, 고무마개에서 증기가 나오는 출구와 시료의 증기 주입구를 실리콘 호스로 연결한다. 증기 배출구는 실리콘 호스를 연결하되 뜨거운 증기가 배출 되므로 안전한 방향으로 향하게 하고 끝은 비커를 받쳐 흐르는 물을 받도록 한다.4) 다이얼 게이지의 설치시료의 고정핀 반대쪽에 ‘ㄱ’자 모양으로 튀어나온 부분에 다이얼 게이지를 설치한다. 이 때, 다이얼 게이지의 텐션 바를 3~5mm정도 눌러서 고정나사를 조여서 설치하도록 한다. 주 눈금의 단위는 1/100mm이고 아래의 작은 눈금의 단위는 1mm이다.다이얼 게이지의 측정범위시료가 열에 의해 팽창하면 다이얼 게이지의 눈금은 감소한다.5) 시료의 길이 측정시료의 길이를 측정할 수 있도록 측정 베이스 위에 부착된 자를 이용한다.1) 선팽창 계수 측정 장치를 실험실 테이블 위에 설치하고, 온도계 및 증기발생기와 실리콘호스 등을 연결한다.2) 각 시료의 길이를 여러 번 측정하여 평균값을 기록한다.3) 시료 중 하나를 시료 받침대에 올려 설치한다. 고정 나사를 단단히 조여 측정 중 시료가 움직이지 않도록 한다. 다이얼 게이지 설치 시 텐션바를 3~5mm정도 늘린 상태로 고정나사를 돌려 설치한다.4) 증기발생기 내에 물이 들어있는지를 확인한 다음에 스위치를 켜고 돌림 다이얼을 100가량으로 맞춰 가열을 시작한다.5) 증기가 끓어 온도가 최대가 될 때까지 증기 발생기로 가열한다.6) 온도계의 온도가 더 이상 올라가지 않는 온도에서 다이얼 게이지의 눈금을 읽어 기록한다. 증기 발생기의 스위치를 끄고 온도를 떨어뜨리면서 10℃ 간격으로 다이얼 게이지의 눈금을 기록한다.7) 온도가 상온 가까이 떨어지게 되면 그때의 온도와 다이얼 게이지의 눈금을 기록하고 시료를 바꾸어 설치하고 위와 같은 방법으로 측정을 계속한다.8) 각 시료의 온도에 따른 늘어난 길이를 그래프로 그린다.9) 시료를 바꾸어 측정한 다음 증기발생기 내의 물을 버린 후 보관하고, 시료내의 물기를 깨끗하게 제거하여 보관한다.

공학/기술| 2020.08.09| 6페이지| 1,500원| 조회(462)

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자유낙하실험 평가B괜찮아요

자유낙하실험1. 실험제목자유낙하운동 실험2. 실험날짜2019년 4월 17일 수요일3. 실험목적자유낙하 하는 물체와 수평방향의 초기속도를 가지고 떨어지는 물체에 대하여 각각의 경우 중력가속도를 측정하고 그 차이가 없음을 확인한다. 중력가속도를 측정하는 원리와 자유 낙하 운동은 등가속도 운동임을 이해한다.4. 실험기구① I-CA system② 스크린③ Drop-Shot 장치5. 실험이론5-1. 자유낙하자유낙하는 정지한 물체를 놓아 HYPERLINK "https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=924472&ref=y" 중력에 의해서만 낙하하는 상태로 처음엔 높이만 있고 HYPERLINK "https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=924304&ref=y" 속력이 없기 때문에 위치 HYPERLINK "https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=925737&ref=y" 에너지만 갖고 있다. 낙하하기 시작하면서 높이는 점점 낮아지므로 위치 에너지는 감소하나 속력이 커지므로 운동 에너지가 증가하기 시작한다. 이러한 에너지의 전환에 의해 자유 낙하하는 물체는 떨어질수록 속력이 커지는 것이다. 지면에 도달하기 직전에 위치 에너지는 모두 운동 에너지가 전환되어 가장 빠른 속력을 갖게 된다.5-2. 자유낙하운동의 공식중력에 의한 자유낙하운동지구 중심에 가까울수록 지구가 물체를 잡아당기는 만유인력이 커지므로, 중력은 엄밀히 말해 일정한 크기의 힘이라고 할 수 없다. 하지만 지구 표면 근처에서 물체가 낙하한다면 지구의 반지름에 비해 이동거리가 매우 짧으므로 중력의 크기 변화를 무시할 수 있다. 그러므로 나무에서 떨어지는 사과와 같은 물체는 일정한 크기의 중력을 받으며 지면을 향해 떨어진다. 공기저항을 무시하면 물체는 지면을 향해 등가속도 직선운동을 한다.중력가속도중력의 크기는 물체의 질량에 비례한다. 즉, 무거운 물체에 더 큰 중력이 작용한다. 하지만 무거운 물체가 가벼운 물체보다 더 빨리 떨어지지는 않는다. 운동의 제2법칙, F=ma을 살펴보면, 힘과 질량이 서로 비례하므로 가속도 a는 물체의 질량에 상관없이 일정하다.이렇게 중력에 의한 일정한 가속도를 중력가속도 g라고 한다. 중력가속도는 모든 물체에 동일하므로 공기의 저항을 무시할 때, 물체는 질량에 상관없이 같은 시간 동안 같은 높이를 떨어진다.5-3. 이론정리공기저항을 무시할 때 자유낙하 하는 물체에 작용하는 힘은 중력으로 일정하게 작용한다. 따라서 일정한 가속도(g)를 가지고 지구중심을 향하는 일차원 운동을 할 것이다. 처음 정지 상태에서 출발하고 물체의 운동방향을 +y로 정하면 t초후 물체의 낙하거리는 다음과 같이 주어진다.y(t) = gt (1)마찬가지로 +x 방향으로 초기속도 v0를 가지고 떨어지는 물체의 경우, 이 운동은 서로 무관한 x 방향의 운동과 y 방향의 운동으로 나누어 분석할 수 있다. x 방향은 작용하는 힘이 없고 따라서 초기속도 v0 의 등속도운동을, y 방향은 자유낙하하는 물체와 같은 운동을 하게 된다. 따라서x(t) = v0ty(t) = gt² (2)가 되고 두 성분을 합하면 다음의 2차원 포물선 운동을 하게 된다.y(x) = x²본 실험에서는 자유낙하 하는 물체와 포물선 운동을 하는 물체의 각각의 경우 중력가속도를 측정하고 그 값의 차이를 확인한다.6. 실험방법① Drop-Shot 장치를 준비하고, I-CA 시스템을 설치한다.참고) 카메라는 구면수차를 감안하여 2~3m 뒤에 설치하고 줌을 조절하여 실험하기 좋은 화면을 맞춘다. 실험면과 카메라는 직각이 되어야 하고, 특히 X-Y 2차원 실험으로 평면 자체가 기울면 실험에 오차를 줄 수 있으므로 카메라가 수직면에 정확히 일치하게 설치한다. 이는 카메라 위에 수평계를 올려놓고 수평을 맞추는 것이 확실하고, 수평계가 없을 시 형광구를 떨어뜨려 보아 그 모습을 보고 맞출 수 있다.② 카메라 셋팅이 끝나면, 기준자를 운동면에 놓고 화면을 캡쳐 스케일 및 좌표계를 설정한다.③ Drop-Shot 장치 양쪽에 형광구를 놓고 발사버튼을 통하여 형광구를 각 발사, 낙하시킨다. 이를 동영상으로 촬영 저장한다.④ 분석메뉴를 실행하고, Drop 부분과 Shot 부분으로 나누어 파일을 분석하여, 각 경우의 중력가속도를 구한다.참고) 먼저 자유낙하하는 피사체를 선택, 피사체 개수1로 분석한다. 분석은 그래프 보기를 통해 T-Y그래프 2차함수를 선택, 그래프가 2차함수로 주어지는지 확인하고 추세선을 통해 중력가속도를 구한다. 동일한 방법으로 Shot 부분을 선택 분석한다. 먼저 T-Y그래프 1차함수를 선택, 그래프가 1차함수로 주어지는 확인하고 추세선을 통해 X방향의 초기속도 v0를 구한다. 다음 T-Y그래프의 t제곱항의 계수를 통해 중력가속도를 구한다.⑤ 동일 실험을 3회 반복하여 평균한다.⑥ 수평 발사 강도를 달리하여 실험해 본다.7. 주의사항우리가 알고 있는 중력 가속도 9.8은 여러 마찰을 제외하였을 때 얻을 수 있는 값이다. 실험을 할 때 공기 마찰을 없애기 힘드므로 다른 마찰을 최대한 줄인다. 물체가 내려오면서 지면과 수직이 아닌 방향으로 떨어지면 값이 달라질 수 있으므로 수직으로 떨어뜨리며 시간을 정확하게 측정한다.8. 실험결과분석 및 고찰자유낙하운동은 중력가속도에만 영향을 받기 때문에 이론적으로 추의 가속도는 9.8m/s2이 나와야 하지만 자유낙하운동 실험 결과로는 가속도가 설정 값에 미치지 못했다. 자유낙하 실험을 진행하면서 추를 순간적으로 낙하시킬 때, 아래로 힘을 가해서 낙하시키게 되면 초기 가속도에 영향을 미치게 된다.왜냐하면 중력은 추를 잡아당긴 후에 실로 연결된 도르래 또한 돌리는데 그로인해 추에게 작용하는 힘이 도르래에게도 작용하여 결론적으로는 힘이 분산되게 된다. 공기의 저항으로 중력 가속도의 값이 달라지며 매달린 추는 자유낙하 운동을 하는 동안 가속도 운동을 하고 공기저항에 의해서 중력 가속도의 값이 달라진다.

공학/기술| 2020.08.09| 6페이지| 1,000원| 조회(822)

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