본문내용
1. 실험 목적 및 원리
1.1. 실험 목적
이 실험의 목적은 대칭형태를 갖는 회전체의 관성모멘트(회전관성)를 역학적 에너지 보존법칙을 이용하여 측정하고 이론치와 비교하는 것이다.
관성모멘트는 회전운동에서 중요한 개념으로, 회전하는 물체가 그 때의 상태를 유지하려고 하는 에너지의 크기를 말한다. 이번 실험을 통해 다양한 형태의 회전체에 대한 관성모멘트를 실험적으로 구하고, 이론값과 비교함으로써 회전운동에 대한 이해를 높일 수 있을 것이다.
1.2. 실험 원리
관성모멘트는 관성능률(慣性能率)이라고도 하며, 회전하는 물체가 그 때의 상태를 유지하려고 하는 에너지의 크기를 말한다. 관성모멘트는 I로 표시하고, 단위는 kg·㎡이다. 회전운동을 병진운동과 비교하였을 때, 회전운동에서의 관성모멘트는 병진 운동에서의 질량과 유사한 성질을 갖는 물리량이다. 회전하는 물체가 회전을 계속하려는 성질인 회전 관성은 물체의 전체 질량과 질량 분포 상태에 따라 달라진다. 따라서 관성 모멘트(I)는 물체가 외부의 토크에 얼마나 민감하게 반응하는지를 나타내는 양으로서, (각 입자의 질량)×(입자로부터 회전축까지의 거리)2 를 모두 더한 값으로 정의한다. 다시 말해, 물체의 운동에서 강체를 작은 입자들의 모임이고, 이 강체가 각속력 w로 고정된 z축에 대해 회전하는 경우를 생각하자. 강체를 구성하는 각 입자의 질량 m1,m2,m3,… 이 회전축으로부터의 거리를 r1,r2,r3,…라고 할 때, i번째 입자의 운동에너지는 {1 over 2}m_i(wr_i)^2이다. 또한, 회전 강체의 전체 에너지는 각 입자의 운동 에너지의 합이므로, 회전 강체의 운동에너지는 {1 over 2}I w^2 으로 나타낼 수 있다. 여기에서 w2 은 강체 내의 모든 입자에 대해 같으므로, 괄호 안의 양을 관성모멘트로 정의하고 I로 표시한다. 특별한 대칭을 갖는 물체의 질량중심을 지나는 회전축(단, 회전축에 대해서도 대칭)에 대한 관성모멘트는 물체의 형상에 따라 달라진다. 관성모멘트는 축 둘레의 질량 분포에 따라 정해지는데, 강체의 질량이 회전축으로부터 떨어져서 분포하고 있을수록 크다. 플라이휠의 주변부를 크게 하는 것은 이 관성모멘트를 크게 하기 위한 것이다. 또한, 회전 강체의 전체 회전에너지는 외부로부터 힘이 작용하지 않는 한 변하지 않으므로, 회전 도중에 관성모멘트가 변화하면 각속도가 변한다는 것을 알 수 있다.
2. 실험 장비 및 방법
2.1. 실험 장비
실험 장비는 회전틀, 클램프, 지지봉, 도르래, 직각클램프, 관성모멘트 측정장치 set, 자, 버니어 캘리퍼스, 초시계, 저울, 추set, 수준기, 관성모멘트 측정용 시료(원형고리, 원판, 직육면체, 원통)로 구성된다.
회전틀은 실험 과정에서 회전체를 고정할 수 있는 장치이며, 클램...
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