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일반물리학 실험 6장 예비+결과레포트 평가D별로예요

실험 제목중력가속도 측정 – 단진자 운동실험 목표단진자의 주기가 진자의 길이, 추의 질량, 초기 각도와 어떤 관계를 가지는지 알아보고, 이로부터 중력 가속도의 값을 측정한다.측정한 중력 가속도의 실험값과 중력 가속도의 이론값을 서로 비교해본다.실험 기구삼각 스탠드, 포토 게이트 타이머, 포토 게이트, 고정 클램프 2개 등이론길이가 고정돼 있고 질량을 무시할 수 있는 실에 추를 달아서 지면과 수직인 면 위에서 진동시키는 진자를 단진자라고 한다. 그림6-1을 보면 알 수 있듯이 중력에 의한 힘은 지름 방향 성분 와 접선 방향 성분 의 두 성분으로 나눌 수 있고, 추가 되돌아가려는 힘 는이다. 이 때 는 단진자가 Z축과 이루는 각도이다. 만약, 가 작다면 (진폭이 매우 작은 경우) 로 놓을 수 있으며 이 경우에 위의 식은가 된다. 따라서 이 미분방정식의 해 는이다. 위의 식에서 는 진폭이고, 이다.이고, 위의 식을 이용해 값을 구하면이다. 따라서 식을 이용해 의 식을 구할 수 있고, 와 값을 대입해주면 값을 구할 수 있다. 그리고 주기는 실의 길이와 중력의 값에 따라 달라지며 추의 질량이나 각도와는 관계가 없다. 이처럼 단진자의 주기가 진폭, 즉 각도와 관계없이 일정한 것을 진자의 등시성이라고 하며, 진폭(각도)이 크면 등시성은 성립되지 않고 진폭(각도)이 극히 작을 때 성립한다.실험 방법각도 를 변화시킬 때단진자를 길이로 스탠드에 매달고, 각도 로 맞춘 뒤 각도계로 확인한다.포토 게이트를 [Pendulum mode]로 설정한다.단진자를 포토 게이트에 수직으로 통과시킨다.단진자가 계속 진동하고 있는 상태에서 포토 게이트를 리셋한 뒤 주기를 측정한다.위 과정을 3번 반복하여 값을 측정한 뒤 평균값을 구한다.각도를 변화시켜 실험을 반복한다.길이 을 변화시킬 때(1)번째 실험했을 때의 과정 1) ~ 5)번까지 똑같이 실험을 진행한다.길이를 변화시켜 실험을 반복한다.질량 을 변화시킬 때(1)번째 실험했을 때의 과정 1) ~ 5)번까지 똑같이 실험을 진행한다.단진자의 질량을 변화시켜 실험을 반복한다.중력가속도를 구할 때 측정한 실험값 중 각도가 가장 작은 데이터를 중력가속도 식에 대입해 계산한다.참고문헌광운대학교 전자바이오 물리학과 , 『일반물리학 실험』 , 북스힐 , 2018.실험결과각도 가 변할 때0.20m50g이론값0.898평균값% 오차1회2회3회˚1.0211.0291.0151.02213.8˚0.9930.5030.4710.65626.9˚1.0191.0151.0291.02113.7길이 이 변할 때˚50g평균값이균값% 오차1회2회3회0.10m0.5990.6270.6590.6280.6351.100.15m0.8470.8830.8360.8550.77710.00.20m1.0211.0291.0151.0220.89813.8질량 이 변할 때0.20m˚이론값0.898평균값% 오차1회2회3회50g1.0211.0291.0151.02213.8100g0.9100.9230.4580.76414.9중력가속도 (실험값 중 가장 작은 각도를 이용한다.)측정값% 오차˚50g0.20m1.0227.5622.8고찰이번 실험에서는 추가 매달려 있는 실의 각도, 추의 질량, 추를 매단 실의 길이를 변화시켜 추의 주기를 측정하는 실험을 했으며, 실험을 통해 측정한 값을 에 대입해 중력가속도도 구할 수 있었다. 이론값의 주기는 에 실의 길이와 중력가속도를 대입해 구할 수 있으며, 실험값의 주기와 이론값의 주기를 비교했을 때 오차가 발생한 것을 알 수 있다.실험하는 과정에서 실험이 제대로 성공하지 못한 부분이 많아 생각했던 것보다 오차가 많이 발생했다. 오차가 발생한 이유를 생각해보면 추가 제대로 된 진자 운동을 하지 않고 회전하면서 진자 운동을 했기 때문에 이로 인해 오차가 발생할 수 있다. 또한, 제대로 된 진자 운동을 하지 않고 추가 회전하면서 진자 운동을 했을 때 다른 방향으로 이동하게 되면서 포토 게이트의 센서 부분을 정확하게 통과하지 못했기 때문에 오차가 발생할 수 있다. 그리고 대표적인 오차 원인인 공기 저항이 있다. 추가 진자 운동을 할 때 공기의 영향으로 인해서 속도가 줄어들기 때문에 이로 인해 주기가 일정하지 않게 측정될 수 있다.이 실험 또한 실험자가 직접 하는 실험이기 때문에 실의 길이와 추가 매달려 있는 실의 각도 등 실험자가 직접 설정해야 하는 부분에서 오차가 발생할 수 있다. 추의 질량도 환경이나 사람들의 많은 사용 등 다양한 요인으로 인해 부식되거나 훼손돼서 질량이 정확하지 않을 수 있고, 주기의 이론값을 구하기 위해서는 중력가속도가 필요한데 중력가속도는 정확하게 9.8m/s가 아니지만 중력가속도를 9.8m/s로 가정해서 계산하기 때문에 실험한 값과 이론값이 차이가 날 수 있다.이러한 요인들로 인해 오차가 발생할 수 있으며, 이외에도 다양한 요인들로 인해 오차가 발생할 수 있다. 이 실험을 통해 추가 매달려 있는 실의 각도와 추의 질량이 증가하더라도 주기에는 영향을 미치지 못하고, 단지 추를 매단 실의 길이에 의해서만 주기가 변한다는 것을 알 수 있었다. 그리고 중력가속도는 추를 매단 실의 길이와 추의 주기에 의해 변하는 것 또한 알 수 있었다.

공학/기술| 2022.03.24| 6페이지| 1,000원| 조회(422)

중력가속도, 북스힐, 일반물리학실험, 단진자 운동

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일반물리학 실험 5장 예비+결과레포트 평가D별로예요

실험 제목자유낙하와 에너지 보존실험 목표추의 무게를 변화시켜 포토 게이트 사이를 통과했을 때의 시간을 구하고, 추의 두께를 측정한 시간으로 나눠 속도를 구해보자중력에 의한 자유낙하와 에너지 보존에 대해 알아보자실험 기구추 50g, 100g 1개씩, 포토 게이트 2개, 포토 게이트 타이머 1개이론에너지 보존마찰력이나 공기의 저항이 무시될 때 에너지의 형태가 바뀌거나 한 물체에서 다른 물체로 에너지가 옮겨가게 되면 에너지는 서로 전환되지만 그 양은 항상 일정하게 보존된다. 하지만 마찰력이나 공기의 저항이 작용하게 되면 역학적 에너지는 보존되지 않는다.일정물체의 역학적 에너지는 외부에서 일을 받으면 증가하고, 일을 하면 감소한다.역학적 에너지가 일정하게 보존될 때 운동에너지와 위치에너지는 서로 반대된다.자유낙하에서의 역학적 에너지 보존그림 5-1을 살펴보면 A의 위치에선 위치 에너지 발생B의 위치에선 위치 에너지와 운동 에너지 발생 (자유낙하 운동을 하므로 )C의 위치에선 운동 에너지 발생등가속도 공식에 의해 이며, 이 식을 이용해 역학적 에너지를 구할 수 있다.(이 때, )따라서 A, B, C 위치 모두 역학적 에너지는 같고, 이에 의해 역학적 에너지는 보존된다.실험 방법그림 5-2처럼 포토 게이트와 포토 게이트 타이머를 설치한다.포토 게이트 타이머를 Gate로 설정한다.포토 게이트 사이로 떨어뜨린 추의 시간을 기록한다.과정을 3번 반복한 뒤 공식을 이용해 순간 속도를 구한다.추의 위치 변화를 이용해 위치 에너지 차를 구하고, 순간 속도로 운동 에너지를 구한 뒤 서로 비교해 보자.참고문헌광운대학교 전자바이오 물리학과 , 『일반물리학 실험』 , 북스힐 , 2018.실험결과이론값 속도 = 3.13추의 무게 50번호시간 []높이 []속도 []Ch 1Ch 2Ch 1Ch 210.0110.0070.508.220.0100.0030.509.030.0210.0100.504.39.0추의 무게 100번호시간 []높이 []속도 []Ch 1Ch 2Ch 1Ch 210.0220.0020.504.720.0250.0120.504.18.630.0150.0060.506.9고찰이번 실험에서는 50g과 100g의 추를 자유 낙하시켜서 첫 번째 포토 게이트와 두 번째 포토 게이트를 지날 때의 시간을 측정하는 실험을 했다. 측정한 시간과 추의 두께를 이용해 첫 번째 포토 게이트를 지날 때의 속도와 두 번째 포토 게이트를 지날 때의 속도를 구했다. 실험값의 속도는 위와 같이 나왔으며, 이론값의 속도는 에너지 보존 법칙에 의해이므로 3.13m/s인 것을 알 수 있다. 이론적으로 추의 무게와는 상관없이 물체의 속도는 같게 나와야 하지만 실험한 결과를 보면 (비록 오차가 발생한 부분이 있지만) 추의 무게가 50g인 추보다 100g인 추가 속도가 더 작게 나오는 것을 알 수 있다.식을 통해서 구한 속도 이론값과 실험을 통해서 구한 속도 실험값을 비교했을 때 오차가 발생한 것을 알 수 있다. 오차가 발생한 원인을 생각해보면 속도의 이론값은 중력가속도와 높이를 이용해 구하기 때문에 공기의 저항력이 완전히 배제돼 있지만, 속도의 실험값은 실제 실험을 했을 때 공기의 저항력이 작용하기 때문에 공기 저항력에 의한 오차가 발생할 수 있다. 그리고 기계를 통해 물체를 낙하시킨 것이 아니라 실험자가 직접 손으로 물체를 잡고 있다가 놓았기 때문에 비록 같은 실험자가 물체를 3번 떨어뜨렸다고 해도 시작 위치가 다를 수 있기 때문에 오차가 발생할 수 있다. 또한 높이를 0.50m로 설정하고 실험을 진행했지만 실험자가 직접 설정하기 때문에 정확하게 0.50m가 아닐 수 있고, 추를 자유 낙하시키는 과정에서 추와 포토 게이트가 서로 부딪히거나 포토 게이트 사이를 정확하게 통과하지 않을 때 포토 게이트의 센서가 제대로 인식하지 못하기 때문에 이로 인해 오차가 발생할 수 있다.따라서 이러한 이유 때문에 오차가 발생했을 것이고, 이 실험을 통해서 중력에 의한 자유낙하 운동을 했을 때 에너지 보존 법칙에 의해 위치에너지와 운동에너지가 서로 같다는 것을 알 수 있었다.

공학/기술| 2022.03.24| 4페이지| 1,000원| 조회(243)

북스힐, 자유낙하, 일반물리학실험, 에너지 보존

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일반물리학 실험 1장 예비+결과레포트

실험 제목버니어 캘리퍼스와 마이크로미터 사용법실험 목표정밀 측정기인 버니어 캘리퍼스와 마이크로미터를 이용하여 원통 형태인 추의 내경 및 외경, 두께를 정밀하게 측정하기실험 기구버니어 캘리퍼스, 마이크로미터, 원통 형태의 추이론버니어 캘리퍼스 (Vernier Callipers)버니어가 달린 캘리퍼를 버니어 캘리퍼스라고 한다. 이 버니어는 ‘부척’이라고도 하는데 자의 최소 눈금을 1/10 단위까지 또는 그 이상의 정밀도까지 읽을 수 있도록 고안된 장치이다. 버니어(부척)의 n번째 눈금이 주척 눈금과 일치하면 주척의 n/10 눈금만큼 이동하게 된다. 주척의 최소 눈금의 1/n을 읽기 위해서는 주척의 n-1 만큼의 눈금을 n등분하여 버니어(부척)를 만들거나 또는 주척의 (n+1) 눈금을 n등분한 눈금을 사용하기도 한다.한편 버니어 캘리퍼스의 용도를 살펴보면 그림 1-4의 AB의 외경 재기로 외경을 측정하고, CD의 내경 재기로 내경을, 그리고 E 깊이 재기 막대로 깊이를 측정할 수 있다.마이크로미터(Micrometer)그림 1-6과 같이 금속틀 F의 한쪽에 평면 금속편의 모루(anvil) A가 달려 있고, 반대쪽에는 표면에 mm가 표시 되어 있는 원통 소매(sleeve) B가 붙어 있다. 이 소매에 1/2mm 또는 1mm 피치(pitch)의 나사 스핀들(screw spindle) C가 끼워져 있다. 손잡이(Thimble) D의 왼쪽에는 원주를 50등분 또는 100등분한 눈금이 있다. 나사의 피치가 1/2mm인 경우 손잡이(D)를 두 번 돌리면 스핀들(C)이 1mm 진행한다.A, C 사이에 물체를 끼워 길이를 잴 때 압력을 일정하게 하기 위해서 D의 오른쪽 끝에 돌리개(E)가 붙어 있다. 대부분의 마이크로미터 나사의 피치는 1/2mm이다.A와 C사이에 틈이 없이 꼭 맞았을 때 마이크로미터가 영의 눈금을 가리키지 않으면 영점 오차를 가졌다고 하고, 이 때의 눈금을 ‘영점 눈금’이라고 한다. 영점 눈금은 한 번만 잰 눈금보다는 여러 번 잰 눈금들의 평균치를 구해야 한다.실험 방법버니어 캘리퍼스와 마이크로미터를 준비한다.측정할 물체를 준비한다.버니어 캘리퍼스를 이용해 측정물의 외경 및 내경을 측정한다.버니어 캘리퍼스의 깊이 재기 막대를 이용하여 깊이를 측정한다.마이크로미터를 이용하여 물체의 두께를 측정한다.버니어 캘리퍼스를 이용한 측정값과 마이크로미터를 이용한 측정값을 비교 후 기록한다.추의 부피를 구한다.참고문헌『일반물리학 실험』 , 북스힐 , 2018.실험결과내경[mm]외경[mm]두께[mm]부피[]버니어 캘리퍼스마이크로미터14.9029.921.881.8811321.8161322.51926.6030.149.029.0146435.5096431.22836.1239.8210.4010.3312951.66912864.494고찰이번 실험에서는 외경과 내경을 버니어 캘리퍼스로 측정하고, 버니어 캘리퍼스와 마이크로미터를 각각 사용하여 추의 두께를 측정하는 실험을 했다. 먼저, 버니어 캘리퍼스의 사용법을 익히기 위해 추 10g짜리의 내경을 3번 연속으로 측정했다. 하지만 측정값이 3번 모두 조금씩 달랐고, 오차 요인이 많을 것이라는 생각이 들었다. 버니어 캘리퍼스를 사용하여 10g, 50g, 100g짜리 추의 내경과 외경을 측정하였고, 표에 있는 결과값을 얻을 수 있었다. 버니어 캘리퍼스는 물체를 측정할 때 고정이 잘되지 않아서 측정하기 쉽지 않았다. 그래서 버니어 캘리퍼스가 움직여 발생할 수 있는 오차를 줄이기 위해 물체와 버니어 캘리퍼스를 최대한 고정시키도록 노력했다.버니어 캘리퍼스와 마이크로미터를 사용하여 10g, 50g, 100g짜리 추의 두께를 측정했다. 버니어 캘러퍼스보다 마이크로미터가 물체를 제대로 고정시켜줘서 측정할 때 편했으나, 마이크로미터가 0.001mm까지 정확하게 측정할 수 있는 도구인 만큼 매우 작은 값을 읽어야하기 때문에 눈금을 읽는데 어려움이 있었다. 실험 결과를 보면 동일한 추를 측정했는데도 불구하고 버니어 캘리퍼스와 마이크로미터를 사용하여 측정한 두께가 서로 비슷한 부분도 있지만 오차가 있는 부분도 있다.오차가 생기는 이유를 생각해보면 첫 번째로는 실험자에 의한 오차가 발생했을 것이다. 버니어 캘리퍼스와 마이크로미터를 사용하여 측정할 때 눈금을 읽는 눈의 위치에 따라서 오차가 발생할 수 있다.두 번째로는 영점 오차에 의해 오차가 발생했을 것이다. 버니어 캘리퍼스와 달리 마이크로미터는 영점 조절을 해야 한다. 하지만 사람이 직접 영점을 맞춰야 하기 때문에 이 부분에서 오차가 발생할 수 있다.세 번째로는 물체를 정확하게 고정시키지 않은 상태에서 측정할 때 오차가 발생할 수 있다. 물체를 정확하게 고정시키지 않으면 측정할 때 버니어 캘리퍼스나 마이크로미터가 움직일 수 있기 때문에 오차가 발생할 수 있다.마지막으로 마이크로미터를 측정할 때 눈대중으로 읽기 때문에 오차가 발생했을 것이다. 마이크로미터는 정확하게 측정할 수 있는 도구인 만큼 매우 작은 값이기 때문에 소수점 셋째자리는 눈대중으로 읽어야 한다. 따라서 이 부분에서 오차가 발생할 수 있다.이러한 이유 때문에 오차가 발생했을 것이고, 외경과 두께를 이용해 부피를 구하기 때문에 부피에서도 오차가 발생한 것을 알 수 있다. 이 실험을 통해서 추의 외경, 내경 그리고 두께를 정밀하게 측정하는 방법에 대해 알 수 있었다. 그리고 버니어 캘리퍼스와 마이크로미터를 사용해 두께를 측정했을 때 오차가 발생하긴 했지만 두께가 서로 비슷한 걸 알 수 있기 때문에 실험은 잘 진행된 것 같다.

공학/기술| 2022.03.24| 4페이지| 1,000원| 조회(250)

북스힐, 일반물리학실험, 버니어 캘리퍼스와 마이크로미터 사용법

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일반물리학 실험 4장 예비+결과레포트

실험 제목Newton의 제 2법칙 (움직이는 물체의 속도/가속도)실험 목표같은 크기의 힘이 작용할 때 질량 변화에 따른 속도와 가속도의 변화를 관찰해 질량과 가속도의 관계를 알아보자.실험 기구글라이더, 전자 발사 장치, 포토 게이트 타이머, 포토 게이트, 포토 게이트 스탠드 등이론속도한 점이 어떤 방향으로 얼마나 빠르게 움직이는지를 나타내는 양이다. 크기와 방향을 가진 벡터량이며, 화살표로 나타낸다. 속도의 크기는 점이 경로를 움직이는 변위의 시간 변화율이며, 점은 항상 경로의 접선 방향으로 움직인다. 점의 평균 속력은 움직인 거리를 걸린 시간으로 나눈 것과 같으며, 점의 순간 속도는 그 순간을 포함하는 짧은 시간에서의 평균 속도와 같다.가속도시간에 대한 속도 변화의 비율이며, 벡터량이다. 곡선 위에서 움직이는 경우 크기에 상관없이 방향이 항상 변하기 때문에 가속도는 절대 0이 될 수 없다. 직선 위에서 움직이는 점의 속도가 증가하면 가속도 벡터와 속도 벡터의 방향이 같고, 속도가 감소하면 방향이 반대이다. 평균 가속도는 속도의 변화를 시간의 길이로 나눈 것과 같고, 순간 가속도는 시간 간격을 0으로 접근시킬 때 속도 변화와 시간 간격 비율의 극한값과 같아진다.실험 방법그림 4-1과 같이 실험 기기를 설치한다.(포토 게이트는 서로 60cm 거리를 두고 설치한다)글라이더에 같은 무게의 추를 각각 걸어준다.추걸이에 50g의 추를 걸어준다.포토 게이트를 타이머의 채널 1번과 2번에 각각 연결한다.포토 게이트 타이머의 Gate 버튼을 눌러주고, 에어블로워의 버튼을 High 화살표 끝까지 돌려준다.발사장치의 스위치를 눌러 글라이더를 발사시킨다.포토 게이트 타이머에 측정된 시간을 T1과 T2에 기록한 뒤 포토 게이트 타이머의 시간을 초기화 시킨다.글라이더의 질량을 변화시켜 실험을 여러 번 반복한다.참고문헌광운대학교 전자바이오 물리학과 , 『일반물리학 실험』 , 북스힐 , 2018.실험결과글라이더에 추가한 추의 질량[g][s][s][cm/s][cm/s]a[cm/]200.1480.07367.61.37×1.42×1000.1780.08456.21.19×1.10×1200.1810.08255.21.22×1.18×고찰이번 실험에서는 추의 질량을 다르게 하여 글라이더에 추를 달아 글라이더가 첫 번째 포토 게이트와 두 번째 포토 게이트를 지날 때의 시간을 측정하는 실험을 했다. (추걸이에 걸린 추의 질량은 50g) 측정한 시간과 글라이더 날개의 길이를 이용해 과 를 구했고, 등가속도 운동 공식인 - = 라는 식을 이용해 가속도를 알 수 있다. 글라이더에 추를 추가한 뒤, 글라이더가 첫 번째 포토 게이트와 두 번째 포토 게이트를 통과했을 때 시간을 측정한 결과 위와 같이 나왔다. 속도 공식과 등가속도 운동 공식을 이용해 속도와 가속도를 알 수 있으며, 글라이더에 추가한 추의 질량이 증가할수록 속도와 가속도가 감소하는 것을 알 수 있다.위의 두 가지 방법을 이용해 가속도를 알 수 있다. ①번은 가속도의 이론값이고, ②번은 가속도의 실험값이다. 가속도의 이론값을 글라이더에 추가한 추의 질량에 따라 구해보면 (글라이더의 질량은 200g이다.) 글라이더에 추가한 추의 질량이 20g일 때는 1.81cm/s, 100g일 때는 1.40cm/s, 120g일 때는 1.32cm/s인 것을 알 수 있다.위에서 구한 가속도의 이론값과 실험을 통해 구한 실험값을 비교해보면 서로 오차가 발생하는 것을 알 수 있다. 오차가 생기는 이유를 생각해보면 첫 번째로는 공기저항에 의해 오차가 발생할 수 있다. 가속도의 이론값은 질량과 중력가속도를 이용해 구하기 때문에 공기저항을 고려하지 않지만, 가속도의 실험값은 측정된 글라이더의 속도가 이미 공기저항을 고려하여 나온 값이기 때문에 공기저항에 의해 오차가 발생할 수 있다.두 번째로는 에어트랙의 수평에 의한 오차가 발생할 수 있다. 가속도의 이론값은 에어트랙의 수평이 정확하게 맞지만, 가속도의 실험값은 에어트랙을 실험자가 직접 조절하기 때문에 에어트랙의 수평이 정확하게 맞지 않을 수 있다.세 번째로는 마찰력에 의해 오차가 발생할 수 있다. 실험조건으로 마찰력이 0인 경우가 충족되어야 하지만 에어블로워를 작동시켜 마찰력을 없애도 완전히 없어지지 않기 때문에 이로 인해 오차가 발생할 수 있다.네 번째로는 채널 사이의 거리 즉, 포토 게이트 사이의 거리에 의해 오차가 발생할 수 있다. 포토 게이트 사이의 거리를 50cm로 두고 시간을 측정했지만, 실험자가 포토 게이트를 직접 설치하기 때문에 포토 게이트 사이의 거리가 정확히 50cm일 수는 없다.다섯 번째로는 글라이더에 장착한 날개가 제대로 고정되지 않은 상태에서 포토 게이트를 통과했을 때 오차가 발생할 수 있다. 글라이더 날개의 길이는 10cm이지만, 날개가 제대로 고정되지 않고 움직여서 포토 게이트를 통과하면 날개의 길이가 짧게 측정되기 때문에 이로 인해 오차가 발생할 수 있다.마지막으로는 글라이더가 시작하는 위치에 따라 오차가 발생할 수 있다. 원래는 발사 장치를 사용해 정확한 위치에서 글라이더를 발사해야 하지만 발사 장치를 사용하지 않고 실험자가 직접 글라이더 위치를 정해야 하기 때문에 이로 인해 오차가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 이유 때문에 오차가 발생했을 것이고, 이번 실험은 뉴턴의 제 2법칙인 가속도의 법칙으로 같은 크기의 힘인 F가 작용할 때, 질량 변화에 따른 속도와 가속도의 변화를 알 수 있었다. 비록 오차가 발생했지만 글라이더에 추가한 추의 질량이 커질수록 속도와 가속도가 감소하기 때문에 실험은 잘 진행된 것을 알 수 있다.

공학/기술| 2022.03.24| 4페이지| 1,000원| 조회(381)

북스힐, 일반물리학실험, Newton의 제 2법칙

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일반물리학 실험 3장 예비+결과레포트

실험 제목Newton의 제 1법칙 (관성)실험 목표에어블로워를 이용해 외부에서 힘을 가한 뒤 글라이더가 포토 게이트를 통과할 때의 시간을 측정하고 이론 공식으로 속도를 구해보자.관성의 법칙에 대해 이해하기실험 기구에어트랙 1개, 에어블로워 1개, 글라이더(약 200g) 1개, 포토 게이트 2개 등*포토 게이트 : 광학적인 방법으로 물체의 운동을 측정하는 기구이론Newton의 제 1법칙뉴턴의 제 1법칙은 모든 물체는 물체에 알짜 힘이 가해지지 않는 한 본래의 운동 상태를 유지한다. 즉, 외력을 사용해 억지로 상태를 변화시키지 않는다면 정지해 있거나 일정한 방향과 속력으로 운동을 계속한다.관성운동 상태를 유지하려는 성질관성이 클수록 운동 상태 변화가 어려움질량과 무게질량 : 외부 영향에 의해 물체가 나타내는 관성의 크기무게 : 지구가 물체를 지구 중심으로 끌어당기는 힘의 크기실험 방법그림 3-1과 같이 실험 기기를 설치하고 수평을 맞춘다.포토 게이트를 서로 일정한 간격(50cm 정도)을 두고 에어트랙 위에 고정시킨다.글라이더를 고정시켜준 뒤 포토 게이트 타이머의 gate 버튼을 눌러준다.에어블로워를 High 화살표 끝까지 돌려준다.발사 스위치를 눌러 글라이더를 발사시킨다.글라이더가 첫 번째와 두 번째 포토 게이트를 통과하여 포토 게이트 타이머에 측정된 시간을 T1과 T2에 기록한다.실험을 통해 얻은 시간과 글라이더의 길이로 속도 V1과 V2를 구한다.(V1 = S/T1, V2 = S/T2)각 게이트를 통과한 속도가 등속도 운동을 하는지 확인한다.실험을 3~4회 반복한다.참고문헌광운대학교 전자바이오 물리학과 , 『일반물리학 실험』 , 북스힐 , 2018.실험결과실험[s][s][cm/s][cm/s]10.3600.66627.815.020.0840.0871.20×1.15×30.1110.11790.185.5고찰이번 실험에서는 포토 게이트를 이용하여 첫 번째 포토 게이트를 통과한 시간과 두 번째 포토 게이트를 통과한 시간을 측정하는 실험을 했다. 시간과 글라이더 날개의 길이를 알기 때문에 첫 번째 포토 게이트를 통과했을 때 글라이더의 속도는 = S / , 두 번째 포토 게이트를 통과했을 때 글라이더의 속도는 = S / 라는 것을 알 수 있다. 포토 게이트 사이의 거리를 50cm로 고정시켜 놓고 총 3번의 실험을 한 결과 위와 같이 시간이 측정되고, 공식을 이용해 첫 번째 포토 게이트를 통과했을 때 글라이더의 속도와 두 번째 포토 게이트를 통과했을 때 글라이더 속도를 위와 같이 구할 수 있다.공식을 이용해 속도를 구한 과 를 비교해보면 뉴턴의 제 1법칙인 관성의 법칙에 의해 V1과 V2가 속도가 같아야 하지만 그렇지 않고 오차가 발생한 것을 알 수 있다. 오차가 발생한 이유를 생각해보면 첫 번째로는 마찰력에 의해 오차가 발생할 수 있다. 실험조건으로 마찰력이 0인 경우가 충족되어야 하지만 에어블로워를 작동시켜 마찰력을 없애도 완전히 없어지지 않기 때문에 이로 인해 오차가 발생할 수 있다.두 번째로는 글라이더에 장착한 날개가 제대로 고정되지 않은 상태에서 포토 게이트를 통과했을 때 오차가 발생할 수 있다. 글라이더 날개의 길이는 10cm이지만, 날개가 제대로 고정되지 않고 움직여서 포토 게이트를 통과하면 날개의 길이가 짧게 측정돼 날개의 길이가 10cm일 때의 시간이 아니라 10cm보다 짧을 때의 시간으로 측정되기 때문에 오차가 발생할 수 있다.세 번째로는 채널 사이의 거리 즉, 포토 게이트 사이의 거리에 의해 오차가 발생할 수 있다. 포토 게이트 사이의 거리를 50cm로 두고 시간을 측정했지만, 실험자가 포토 게이트를 직접 설치하기 때문에 포토 게이트 사이의 거리가 정확히 50cm일 수는 없다.마지막으로는 에어블로워의 세기에 의해 오차가 발생할 수 있다. 한 사람이 일정한 세기로 계속 에어블로워를 작동시킨 것이 아니라 팀원 모두가 실험에 참여하기 위해 돌아가면서 에어블로워를 작동시켰기 때문에 에어블로워의 세기가 달라서 오차가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 이유 때문에 오차가 발생했을 것이고, 이 실험을 통해서 뉴턴의 제 1법칙인 관성의 법칙에 대해서 알 수 있었다. 실험결과 세 번 다 오차가 발생하긴 했지만 두 번째와 세 번째 실험의 속도가 서로 비슷한 걸 알 수 있기 때문에 실험은 잘 진행된 것 같다.

공학/기술| 2022.03.24| 3페이지| 1,000원| 조회(794)

북스힐, 일반물리학실험, Newton의 제 1법칙 (관성)

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