본문내용
1. 서론
1.1. 실험 목적
지구 중력에 의해 낙하하는 물체에 대해 낙하거리와 시간을 측정하여 자유낙하 하는 물체의 속도변화를 관찰하고 중력가속도를 구하는 것이다. 중력가속도는 물체에 가해진 중력(gravitaional force)에 의한 가속도를 의미하며, 일반적으로 기호 g를 사용한다. 좁은 의미에서 지구 표면에서의 중력(힘)에 의한 가속도를 의미하는 용어로도 사용된다.
질량이 m인 물체가 지표면 근처에서 낙하할 때 물체가 받는 중력은 F=G {Mm} over {r^{2}}로 주어진다. 여기서 G는 만유인력 상수이고, M은 지구의 질량, r은 지구와 물체 사이의 거리이다. 지면으로부터 물체까지의 거리가 지구의 반지름 R에 비해 매우 작은 경우 식에 주어진 것에서 r=R로 쓸 수 있으므로 중력 F는 다음과 같이 나타낼 수 있다. F=G {Mm} over {R^{2}} =gm이다. 여기서 g=GM/R^{2} =9.8m/s^{2}이고 중력 가속도라 부르며, 물체의 질량에 상관없는 일정한 상수이다. 따라서 지표면 근처에서 낙하하는 물체의 운동방정식은 m {d^{2} t} over {dt^{2}} =mg 이다. 이 식으로부터 시간 t일 때 물체의 낙하거리 h는 h= {1} over {2} gt^{2}로 주어진다. 따라서 물체의 낙하거리 h와 낙하시간 t를 측정하면 중력가속도 g를 결정할 수 있다.
1.2. 실험 원리
중력 가속도
질량이 m인 물체가 지표면 근처에서 낙하할 때 물체가 받는 중력은 F=G {Mm} over {r ^{2}}로 주어진다. 여기서 G는 만유인력 상수이고, M은 지구의 질량, r은 지구와 물체 사이의 거리이다. 지면으로부터 물체까지의 거리가 지구의 반지름 R에 비해 매우 작은 경우 식에 주어진 것에서 r=R로 쓸 수 있으므로 중력 F는 다음과 같이 나타낼 수 있다. F=G {Mm} over {R ^{2}} =gm여기서 g=GM/R ^{2} =9.8m/s ^{2}이고 중력 가속도라 부르며, 물체의 질량에 상관없는 일정한 상수이다. 따라서 지표면 근처에서 낙하하는 물체의 운동방정식은 다음과 같다. m {d ^{2} t} over {dt ^{2}} =mg이 식으로부터 시간 t일 때 물체의 낙하거리 h는 다음과 같이 주어진다. h= {1} over {2} gt ^{2}따라서 물체의 낙하거리 h와 낙하시간 t를 측정하면 중력가속도 g를 결정할 수 있다.
2. 실험 방법
2.1. 실험 기구 및 재료
낙하할 수 있는 물체(골프공, 지우개 등), 촬영 장치, Tracker 프로그램이다. 중력 가속도 측정 장치, 스마트 계시기, 줄자, 저울, 골프공, 쇠구슬, 플라스틱 구슬을 사용한다. 장치를 그림과 같이 준비하고 낙하 거리 h를 정한다. 스마트 계시기를 켜고 TIME-TWO GATE 모드를 선택한다. 물체가 떨어질 것으로 예상되는 지점에 공받개를 놓고 낙하 상자에 매단다. 낙하 거리 h를 측정하고 스마트 계시기의 3번 버튼을 눌러 *표시가 나오게 한 후 낙하 스위치를 눌러 물체를 낙하시킨다. 낙하 시간 t를 계시기로 읽고 기록한다. 낙하 거리를 20cm 간격으로 바꾸면서 실험을 반복한다.
2.2. 실험 절차
물체가 낙하할 거리 h를 정한다. 스마트 계시기를 켜고 T...
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