일반물리실험1 실험 6. 구슬 롤러코스터 결과보고서(예비포함)

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목차

1. 실험 목적

2. 이론

3. 실험 과정 및 결과
1) 내리막과 오르막
2) 360도 회전

4. 결론

본문내용

1. 실험 목적
롤러코스터처럼 수직으로 한바퀴 회전하는 운동에 필요한 조건을 이해한다.

2. 이론
핵심물리 5.3장의 보기 문제 5.7을 자기의 말로 풀어서 정리한다.
5.7 캘리포니아 발렌시아에 있는 롤러코스터 ‘거대한 미국 롤러코스터’(Great American Revolution)에는 반지름이 6.3m인 원형 트랙이 설치되어 있다. 롤러코스터 차가 원형 트랙의 꼭대기에서 떨어지지 않으려면 차의 속력은 최소 얼마이어야 하는가?

롤러코스터 차가 원형 트랙의 꼭대기에 있을 때, 차에 중력과 수직항력이 작용한다. 이때 중력과 수직항력 모두 아래쪽으로 작용하고 있다. 원형 트랙의 꼭대기에서 차에 작용하는 힘을 성분으로 표현해보자.
x: 0
y: mg+n=ma
y 식에서 가속도 a는 { v ^{ 2} } over {r }로 바꿀 수 있으므로 mg+n={ mv ^{ 2} } over {r }라고 표현할 수 있다.
우리가 구하고자 하는 것은 속력 v이므로 v= sqrt { rg+ { rn} over {m } }으로 나타낸다. 꼭대기에서 속력이 최소가 될 때는 수직항력이 최소일 때이다. 따라서 n=0일 때, 최소 속력을 가진다. n=0을 식에 대입하여 계산해본다면, v= sqrt { rg}= sqrt { 6.3m TIMES9.8m/s ^{ 2} } image7.9m/s이다.
즉, 롤러코스터 차가 원형 트랙의 꼭대기에서 떨어지지 않으려면 차의 속력은 최소 7.9m/s이어야 한다.

3. 실험 과정 및 결과
1) 내리막과 오르막
(1) 레일을 조립해서 아래와 같은 내리막과 오르막으로 이루어진 롤러코스터를 만든다

(2) 높이 h1에서 쇠구슬을 굴렸을 때 바닥에서의 속력(v)과 최종 높이 h2를 예측해보라.
바닥에서의 속력 v
역학적 에너지 보존 법칙 K+U=K _{0} +U _{ 0}을 이용한다.

참고 자료

없음