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각운동량의 보존

각운동량의 보존 담당교수 황지현 수업요일 및 시간 수요일 2-3 교시 조원 송민규 김윤섭 김예일 민형우 발표일 5 월 26 일목차 실험 목표 실험 설계 실험 설계 및 유의 사항 실험 준비물 결과 예측 실험 과정 및 결과 실험 방법 실험 결과 고찰실험 목표 회전운동과 병진운동을 비교하여 설명할 수 있다 . 관성모멘트에 대해 설명할 수 있다 . 각운동량 보존에 대한 이론을 통해 각속도를 구할 수 있다 . 회전하고 있는 원판에 정지된 다른 원판이 결합되었을 때 각속도를 측정하여 각운동량이 보존됨을 알아보는 실험으로 병진운동과 회전운동사이의 유사점과 차이점을 설명할 수 있다 .실험설계 - 실험 설계 및 유의사항 각운동량은 물리학에서 어떤 원점에 대해 선운동량이 돌고 있는 정도를 나타내는 물리량이다 . 각운동량은 좌표의 원점을 어떻게 잡느냐에 따라 달라지기 때문에 , 여러 각운동량을 다룰 때에는 둘을 합하거나 그에 관련한 연산을 하는 것이 물리학적으로 올바른 것인지 신중히 고려하며 사용해야 한다 . 각운동량은 물리학뿐만 아니라 여러 공학 분야에서도 매우 중요한 개념이고 , 응용분야 또한 매우 다양하다 . 이렇게 각운동량이 중요하게 다루어지는 이유는 돌림힘이 작용하지 않으면 각운동량은 보존되는 양이 되기 때문이다 . 이러한 각운동량의 보존은 공학뿐만 아니라 여러 자연현상을 기술하는 데에도 유용하게 사용된다 .실험설계 - 실험준비물 품명 수량 Rotary Motion Sensor 1 개 Rotational Accessory 1Set 1 개 Base and Support rod 1 개 저울 1 개 Calipers 1 개실험설계 - 결과예측 회전 하고 있는 원판에 회전이 없는 원판이 떨어질 때 , 회전이 없던 원판에 작용한 토크와 회전하고 있는 원판에 작용하는 마이너스 방향의 토크 ( 반대 방향의 토크 ) 의 크기가 같기 때문에 그 계의 전체 토크는 ‘0’ 이다 . 만약 각운동량의 변화가 없다면 각운동량이 보존된 것이다 .실험 과정 및 결과 - 실험방법 컴퓨터설정 - 디지털 채널을 클릭하여 Rotary motion sensor 연결 후 Angular Velocity 만 선택하고 High 로 맞추고 sample rate 를 200 으로 설정한다 . 장치구성 - 원판 1 과 원판 2 의 외경과 질량 , 링의 외경 , 내경 , 그리고 질량을 측정하고 스탠드의 clamp rod 의 상단에 rotary motion sensor 를 설치하고 , Rotary motion sensor 의 step pulley support rod 에 step pulley 를 끼운다 . 그 다음 원판 1(disk 1) 을 원판의 홈이 아래로 하게 하여 step pulley 위에 올려 놓는다 . 그 다음 rotary motion sensor 의 phone plug 를 인터페이스의 디지털 채널 1 과 2 에 각각 연결한다 . 데이터측정 - 원판 1 을 천천히 돌린다 . Start 를 누룬 후 원판 2( 링 ) 를 떨어뜨린다 . 시간이지난 후 stop 을 누른다 . 데이터 분석 -smart tool 을 이용하여 각속도를 각 각 측정하고 두 번째 원판 ( 고리 ) 을 떨어뜨리기 전의 각속도와 각운동량 보존을 이용하여 이론적인 각 속도를 계산해본다 . 각 Run 에 대하여 분석을 반복한다 . 실험값과 이론값의 오차율을 계산하여 표를 완성한다 . 기록한다 .구분 반경 (m) 질량 (kg) 관성모멘트 (kg m²) 센서에 연결된 원판 0.065 0.5225 0.0011 떨어뜨리는 원판 0.065 0.5211 0.0011 구분 내경 외경 질량 (kg) 관성모멘트 (kg m² ) 떨어뜨리는 고리판 0.055 0.065 0.299 0.001 원판의 관성모멘트 [M: 질량 R: 반경 ] 고리판의 관성모멘트 [M: 질량 R1: 내경 R2: 외경 ] 장치구성횟수 W i ( rad /s) W f ( 실험값 ) ( rad /s) W f ( 이론값 ) ( rad /s) % 오차 Run#1 15.36 7.55 7.68 1.69 Run#2 15.84 7.98 7.92 0.75 Run#3 12.22 6.11 6.11 0 횟수 W i ( rad /s) W f ( 실험값 ) ( rad /s) W f ( 이론값 ) ( rad /s) % 오차 Run#1 22.99 11.61 11.95 2.84 Run#2 10.52 5.32 5.47 2.74 Run#3 12.74 6.50 6.62 1.81 원판 고리판 원판보다 고리판에서 오차가 더 컸다 . 고리판을 원판위에 딱 맞춰 떨어 뜨리기가 원판보다 어려웠기 때문이다 .비고 W i ( rad /s) W f ( 실험값 ) ( rad /s) W f ( 이론값 ) ( rad /s) 원판 15.36 7.55 7.68 고리판 12.74 6.50 6.62 실험 과정 및 결과 - 실험결과 1) 원판 0.0011 * 15.36=0.0022 * 7.55 xxx… → 0.016896 ≠ 0.01661 2) 고리판 0.0011 * 12.74= 0.0021 * 6.50 xxx... → 0.014014 ≠ 0.01365 오차의 크기가 그리 크지 않았기 때문에 두 값은 거의 비슷하다 .{nameOfApplication=Show}

자연과학| 2013.12.09| 10페이지| 1,000원| 조회(126)

실험, 물리실험, 물실, 각운동량의 보존

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