일반물리실험 등가속도 운동/가속도 측정 및 뉴턴의 제 2법칙 A+ 레포트

소개글

일반물리실험 등가속도 운동/가속도 측정 및 뉴턴의 제 2법칙 실험 레포트입니다.
레포트 점수 46/50, 최종성적 A+ 받았습니다.
실험 데이터 및 데이터를 이용해 그린 그래프, 관련 이론, 이론에 따른 예측 결과와 실제 실험을 통해 도출된 결과, 매뉴얼에 포함된 질문과 그 대답 등이 포함되어 있습니다.

목차

1. 실험 목적

2. 데이터 정리
2.1. 실험 2-1. 등가속도 운동
2.2. 실험 2-2. 가속도 측정과 뉴턴의 제 2법칙
2.3. 실험 2-3. 뉴턴의 제 2법칙

3. 결과 분석
3.1. 이론-뉴턴 제 2법칙
3.2. 이론-일차원 등가속도 운동
3.3. 이론에 따라 예측되는 결과
3.4. 실제 실험을 통해 도출된 결과

4. 질문
4.1. 이 실험 결과가 F=ma임을 증명했나?
4.2. F=ma에서 질량 m이 글라이더의 질량과 왜 같지 않나?
4.3. 질량과 중력의 곱을 이용하여 글라이더에 작용하는 힘을 계산할 때, 글라이더의 질량을 왜 포함하지 않았나?

5. 토의
5.1. 실험 검토
5.2. 오차 분석 및 개선방안
5.3. 이론을 확인할 다른 실험 제안
5.4. 응용 가능성

본문내용

. 결과 분석
등가속도 운동에서 가속도 값을 a라고 하면, 가속도의 정의가 속도의 시간에 대한 변화율이므로 dv/dt=a를 시간에 대하여 적분함으로써 속도에 대한 식
v(t)=at+a_0를 얻을 수 있다. 속도는 시간에 대한 변위 변화율을 나타내므로,
등가속도 운동에서의 위치는 속도에 대한 식을 시간에 대하여 적분하여
x=∫▒v dt=∫▒〖at+v_0 dt〗=1/2 at^2+v_0 t+x_0
으로 구할 수 있다.

실험 2-1에서, 에어블로어로 인해 마찰력이 0이므로 mgsinθ의 힘을 받아 미끄러지게 되고, 뉴턴 제 2법칙에 의해 F=ma이므로 mgsinθ=ma가 성립한다.
뉴턴 제 2법칙은 힘과 운동 변화 사이에서의 관계를 정량화한 것으로, 물체의 운동량의 시간에 대한 변화율이 그 물체에 작용하고 있는 알짜힘과 동일함을 의미한다.
(F_알짜 ) ⃗=(dp ⃗)/dt
만약 물체의 질량이 일정할 경우, 운동량의 정의식인 p ⃗=mv ⃗에 의해
(F_알짜 ) ⃗=(dp ⃗)/dt=m (dv ⃗)/dt
이며, (dv ⃗)/dt는 가속도 a ⃗를 의미하므로
(F_알짜 ) ⃗=ma ⃗
와 같이 쓸 수 있다.

<중 략>

4. 질문
4.1. 이 실험 결과가 F=ma임을 증명했나?
F=ma를 이용해 구한 이론적 F값과 실험을 통해 구한 F값 사이의 오차율을 구했을 때,
실험의 오차율이 각각 68.44%/34.80%/35.87%로 높은 오차율을 보였다. 따라서, 실험 결과가 F=ma임을 증명했다고 보기 힘들다.

4.2. F=ma에서 질량 m이 글라이더의 질량과 왜 같지 않나?
글라이더와 추걸이를 실을 통해 연결했고, 그 추걸이에 추를 걸어 주었으므로 글라이더와 추, 추걸이는 마치 하나의 계인 것처럼 생각할 수 있다. 따라서, F=ma에서의 질량 m은 글라이더와 추, 추걸이 모두의 질량을 포함하게 되므로 글라이더 자체의 질량보다 더 큰 값을 가지게 된다.

참고 자료

일반물리학실험 매뉴얼
Richard Wolfson, 핵심물리학, 4판, 청문각, 2020, p82-83