[일반물리학]관성모멘트 실험

소개글

∘회전축에 대한 물체의 관성모멘트를 실험적으로 측정하고 이론적인 값과 비교하여 관성모멘트를 이해한다.

목차

1. 실험목적
2. 이론 및 원리
3. 기구 및 장치도
4. 실험 및 방법
5. Data 및 계산
6. 결과
7. 고찰

본문내용

1. 실험목적
∘회전축에 대한 물체의 관성모멘트를 실험적으로 측정하고 이론적인 값과 비교하여 관성모멘트를 이해한다.
4. 실험 및 방법
① 추걸이와 추의 질량을 잰다. 그리고 회전축의 지름을 버니어캘리퍼스로 측정한다.
② 먼저 회전축의 관성모멘트를 측정하기 위하여 A-base의 회전축에 실을 감습니다.
③ 지면으로부터 추까지의 높이를 자를 이용하여 측정합니다.
④ 버니어캘리퍼스를 이용하여 원반 구멍의 내경과 외경을 측정합니다.
⑤ 원판을 A-base에 뉘여서 걸어놓고, 수준기를 이용하여 수평을 맞춘다. 그리고 지면에서 추까지의 높 이를 재고, 초시계로 지면에 도달할 때까지의 시간을 측정한다.
⑥ 같은 방법으로 원판을 세워서 A-base에 고정하고, 위와 같은 방법으로 측정한다.
⑦ Rotating Platform을 회전축에 고정시킨 다음, 수준기로 평형을 맞춘다.
⑧ 어댑터를 Rotating Platform 중심에서 일정한 거리를 떨어뜨린 후 고정시킨다. 위와 같은 방법으로 시간을 측정한다.
⑨ 원판을 어댑터 위에 올려놓고 위와 같은 방법으로 시간을 측정한다.

α는 각 가속도이며, α=a/r 이 된다. 또한 τ 는 실에 매달린 추에 의해 발생하는 토크가 된다. 즉,

(1)식과 (2)식, 그리고 α=a/r를 이용하여 T를 소거하면 다음과 같다.

또, 물체가 가속도 a로 낙하할 때, t초동안 낙하한 거리 h는 초속도를 0으로 잡는다면,
가 된다.
식 (3), (4)를 이용하면 관성모멘트 I 는 다음과 같다.

식(5)에서 구한 I 는 관성모멘트이며, 물체가 어떤 축을 중심으로 회전할 때의 관성모멘트 I 에 대한 이론적인 식은 다음과 같다.


평행축 실험에서 막대의 중심에서 막대를 돌렸을 때의 관성모멘트의 이론식은 다음과 같다.

◊ 평행축 정리
물체의 질량중심을 지나는 축에 대한 회전관성 Icm과 그와 나란한 다른 축에 대한 회전관성 I 사이의 관계는 다음과 같다.

M : 물체의 총질량
d : 회전축에서 질량 중심까지의 거리

참고 자료

일반물리학 및 실험