공학물리학및실험(1) 6주차 결과레포트_각운동량 보존

목차

1. 실험 결과
2. 결과 분석
3. 토의

본문내용

[실험 1] 관성모멘트
포토 게이트를 이용하여 시간에 따른 강체의 선속도를 측정하여 그래프로 나타내고, 선형 근사로 나타난 일차함수의 기울기를 계산해 가속도를 구했다. 같은 조건에서 3번씩 반복 측정하여 평균값을 채택하였다.
추를 매달은 도르래와 줄의 질량을 무시한다고 가정했을 때, 강체에 작용하는 토크로 유도한 관성모멘트 공식 에 위에서 구한 가속도를 대입하여 관성모멘트를 계산하였다. 하지만 이 관성모멘트는 강체 A, B, C 각각의 값이 아니라 Axle의 관성모멘트도 포함된 값이기 때문에 실험값을 적절히 빼고 더해서 , , 를 계산했다. 주어진 외경과 내경, 질량으로 계산한 관성모멘트의 이론값과 측정값의 오차를 구해보았는데, 모두 오차율 4% 이내로 거의 일치하는 값을 가짐을 알 수 있었다.

[실험 2] 각운동량 보존
먼저 강체를 일정한 각속도로 회전시킨 뒤에, 강체 위에 다른 강체를 올리면서 일어나는 각속도의 변화를 포토 게이트로 측정하였다. Axle의 질량을 알지 못했기 때문에 강체의 관성모멘트의 이론값을 계산할 때 의 측정값을 사용하였다. 강체가 합쳐지기 전의 각속도 그래프와 합쳐진 후의 각속도 그래프에서 선형 근사를 통해 해당하는 일차함수를 찾고, 두 일차함수에 특정 시간을 대입하여 합쳐지기 전과 후의 각속도를 계산했다. 이렇게 계산한 각속도와 관성모멘트로 합쳐지기 전과 후의 각운동량을 비교했는데, 모두 오차율 3%를 넘지 않아 각운동량은 보존 법칙이 성립함을 알 수 있었다.

참고 자료

Hugh D. Young, Roger A. Freedman - University Physics with Modern Physics (15th Edition) (2019, Pearson)
10.2 Torque and Angular Acceleration for a Rigid Body (p.305~307)
10.6 Conservation of Angular Momentum (p.319~p.321)
연세대학교 물리실험실(http://phylab.yonsei.ac.kr/)