여러 물체들의 회전관성 측정 실험

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목차

1. Introduction

2. Theory
가. 회전관성
나. 회전 운동에너지
다. 평행축 정리, 수직축 정리
라. 이론적 공식에 근거한 여러 물체들의 회전 관성

3. Experiment set-up and procedure
가. 실험 기구(준비물)
나. 실험방법

4. Results and analysis
가. Characteristics of materials
나. 각 물체 장치 시에 추의 낙하시간
다. 실험데이터에 근거한 회전관성과 이론식에 근거한 회전관성 비교

5. Conclusion and analysing errors

6. References

본문내용

여러 형태의 물체를 직접 회전시킨 후 회전관성을 구해본 결과 이론값과 거의 비슷한 결과를 얻을 수 있었다. 직접적인 실험을 통해 얻을 수 없었던 ring과 추의 회전관성을, 독립적인회전을 통해 회전관성을 구할 수 있는 물체에 부착시켜 함께 회전시켰을 때의 회전관성을 구하면 얻을 수 있다는 사실도 위의 실험③, ④, ⑥을 통해 입증할 수 있었다.
하지만 실험결과들을 보게 되면 무시할 수 없을 정도의 오차가 발생하게 되는데, 오차발생원인은 대충 두 가지로 요약할 수 있다.
첫 번째, 받침회전축의 회전관성이다.
사실 회전체와 함께 받침회전축도 같은 속력으로 회전을 하고 있기 때문에 아무리 작은 값이라도 무시할 수 없는 것이 이것이다.
두 번째, 에너지보존에 관한 것이다.
위에서 유도한 식 은 에너지보존법칙을 바탕으로 유도된 식이다. 하지만 사실 처음 낙하하기 전 추의 위치에너지가 낙하한 후 추의 운동에너지와 회전체의 회전운동에너지의 합으로 표현된다고 하는 것은 다소 무리가 있다. 그 이유는 에너지의 손실 때문이다. 추의 위치에너지의 일부가 그것의 운동에너지로 바뀐 후 나머지가 모두 회전체를 회전시키는 일로 모두 쓰인다면 위의 식에는 오류가 없지만 그것이 아니라 힘의 방향을 바꾸어 주는 데에 사용된 두 개의 고정도르래를 회전시키는 데에도 그에 따라 회전운동에너지가 소모되었을 뿐 아니라, 위의 첫 번째 이유로 언급하였던 받침회전축의 회전에도 무시하지 못할 만큼의 에너지가 소모되었다.

참고 자료

General Physics Laboratory Ⅰ Spring Semester 2010 (Department of Physics),
Experiment 6. Moment of Inertia, p.30 ~ p.38
D. Halliday / R. Resnick / J. Walker, "Fundamentals of Physics: Extended 7/e", Chapter 10, John Wiley & sons, inc (2006)
Richard Wolfson, "Essential University Physics: volume 1", chapter 10, Pearson Addison Wesley.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html