일과 에너지

소개

"일과 에너지"에 대한 실험을 진행하고 Capstone을 이용해서 각 실험에 대한 그래프를 생성한다. 일-에너지 정리에 의해서 카트의 운동에너지 변화량과 장력이 같다. 장력이 한 일과 F-s 그래프에서의 면적이 같음을 보이므로써 이론값과 실험값을 비교하여 실험의 오차를 분석한다.

목차

1. 실험결과 및 분석
가. 실험 1 (hanger+mass#1)
나. 실험 2 (hanger+mass#1+mass#2)
다. 오차 분석

2. 결론 및 제언

본문내용

1. 실험결과 및 분석

본 실험은 카트가 0.5m를 이동하는데 장력이 한 일과 운동에너지 변화량이 같다는 것을 보이고, 중력이 카트에 한 일과 계의 운동에너지 변화가 같음을 보이기 위한 것이다. 역학적 에너지 보존 법칙을 이용하여 (비보존력이 작용하지 않아 계의 역학적에너지가 보존된다.) 위 이론을 증명할 수 있다.

다음은 실험을 진행할 때 사용한 카트와 추걸이 그리고 추의 질량을 정리한 표이다.

실험 1 (hanger+mass#1)
실험2 (hanger+mass#1+mass#2)
카트의 질량 (g)
680.95
680.95
추걸이 + 추의 질량 (g)
25.09
45.5

가. 실험 1 실험 결과 및 분석
실험의 정확성을 위해서 각 실험을 5회씩 반복했다. 다음은 실험1에서의 위치에 따른 힘과 속력을 나타낸 그래프이다.

<중 략>

3. 결론 및 제언

(1) 결론
이번 실험은 일-에너지 정리를 이해하는 데 목적을 두고 있다.
1) 합력이 한 일은 운동에너지의 변화량과 같다.
2) 역학적 에너지 보존 법칙은 보존력만 존재할 때(외력이 작용하지 않을 때)만 이용할 수 있다.
3) 역학적 에너지 보존 법칙이 적용 가능할 때, 운동에너지의 변화량은 위치에너지 변화량의 크기가 같고 부호가 반대이다.
실험을 통해서 위 내용을 이해할 수 있었다.
계의 운동을 파악하기 위해서 구분해야하는 보존력과 비보존력의 개념을 이해할 수 있었다. 실험 중에서 추의 역학적 에너지가 보존되기 위해서 보존력(탄성력, 중력, 전기력)이 작용할 때만 가능하다. 즉, 마찰력이나 공기저항 등 다양한 외력이 작용할 때는 역학적 에너지 보존이 성립하지 않는다. 역학적 에너지 보존 법칙을 이용하기 위해서는 비보존력이 적용하면 안된다는 것을 이해할 수 있었다. 오차가 많이 발생하는 것으로 보아 실험에서 다양한 비보존력이 작용하고 있었음을 알 수 있다.

참고자료

· http://phylab.yonsei.ac.kr/
· Hugh D. Young, Roger A. Freedman - University Physics with Modern Physics in SI Units (2019, Pearson Education Limited)