부산대학교 일반물리학실험1 Tracker 사용한 단조화 운동 보고서

소개글

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목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 측정값
6. 실험 결과
7. 결과에 대한 논의
8. 결론
9. 참고 문헌 및 출처

본문내용

1. 실험 목적
단조화 운동을 하는 물체를 영상으로 촬영하여 tracker 프로그램을 사용하여 주기를 측정함으로써 주기와 물체의 질량 및 용수철 상수와의 관계를 배운다.

2. 실험 원리
단조화 운동은 물리학에서 자연계의 많은 현상들을 기술하는 데 중요한 역할을 한다. 용수철에 매달린 물체, 진자, RLC 전기회로, 고체물질이나 분자 내에서 원자의 진동 등은 근사적으로 단조화 운동으로 기술될 수 있기 때문이다. 이 실험에서는 질량, 용수철상수 등 몇 가지 변수를 바꾸었을 때 물체의 진동하는 상태가 어떻게 달라지는가를 관찰한다.
물체가 두 개의 용수철 끝에 매달려있는 경우를 살펴보자. 용수철 상수를 k, 물체의 질량을 M, 평형점 로부터 늘어난 길이를 라 하고, 수레가 평형점 에 있을 때 각각의 용수철이 평형상태로부터 늘어난 길이를 라 하면 용수철이 물체에 작용하는 힘(복원력)은 Hooke의 법칙으로부터 다음과 같이 주어진다.

< 식 1 >

< 식 1 > 에서 를 로 두면 물체의 운동방정식은

< 식 2 >

이 된다. 이 미분방정식의 일반해는

< 식 3 >

이다. 여기서 는 진동을 하는 물체의 진폭, 는 각 진동수, 는 초기위상을 나타낸다. 따라서 를 이용하면 주기 는 다음과 같다.

참고 자료

일반물리학실험, 제4판, 물리학교재편찬위원회, 청문각, 2017, p. 382~390