자유 낙하 실험 결과 레포트 (물리학및실험1)

소개

건국대학교 물리학 및 실험 1 강의 중 실험 결과 레포트로 제출한 자료입니다.
해당 강의에서 본 레포트 포함 총 11개의 레포트를 작성하여 레포트 점수에서는 만점 받은 레포트입니다.

본 실험은 전자발사장치와 I-CA 카메라를 이용해 날아간 공의 궤적을 분석하여 중력가속도를 측정하는 실험입니다.

토의 내용에는 오차 원인의 분석, 지구의 중력가속도를 측정하는 다양한 방법, 달 또는 화성의 중력가속도에 의한 물리적 운동을 지구에서의 운동과의 비교 등의 내용이 담겨 있습니다.

목차

1. 실험 원리
- 1.1 중력가속도
- 1.2 자유 낙하
- 1.3 수평으로 발사된 물체의 포물선 운동

2. 실험 재료 및 도구

3. 실험 방법

4. 실험 결과
- 4.1 자유 낙하를 통한 중력가속도 측정 실험
- 4.2 포물선 운동을 통한 중력가속도 측정 실험 - 약한 강도
- 4.3 포물선 운동을 통한 중력가속도 측정 실험 - 강한 강도

5. 토의
1) 측정값에 대한 통계적 분석
2) 측정값에 대한 오차 원인 분석

6. 결론

7. 자료 출처 및 참고 문헌

본문내용

1.1 중력가속도

중력가속도란, 물체가 운동할 때 중력의 작용으로 생기는 가속도를 말한다. 뉴턴의 제 2 법칙에 따라 질량 m인 물체에 작용하는 중력 F에 의한 가속도 a는 다음 수식을 만족한다.

중력의 경우 뉴턴의 중력 법칙에 따라

이므로 이다.

이때의 가속도 g를 중력가속도라고 하며, 위의 식에 다음 상수를 대입하면 g ≈ 9.80임을 알 수 있다.

그러나, 해당 계산 과정에서는 여러 평균값과 지구가 완전한 구형이라는 전제를 사용하였으며 실제 중력가속도는 고도, 측정 주변의 암석 조성, 위도 및 경도에 따라 달라질 수 있다.

1.2 자유 낙하

자유 낙하란, 저항 없이 중력만 작용하여 연직 하방으로 떨어지는 등가속도운동을 말한다.
지구의 중력가속도를 g, 물체의 연직 높이를 y라고 할 때, 초기조건 에 의해
, , 가 성립한다.
위의 수식 중 으로부터 T-Y 그래프의 이차항의 계수의 2배가 중력가속도와 같음을 알 수 있다.

1.3 수평으로 발사된 물체의 포물선 운동

수평으로 발사된 물체의 포물선 운동이란, x 방향으로 초기속도를 가지고 비스듬히 떨어지는 운동을 말한다. 연직 방향으로는 자유 낙하 운동을, 수평 방향으로는 등속직선운동을 하며 두 운동이 중첩된 상태이다. 초기조건 에 의해 다음 식을 유도 가능하다.
,
x(t) 식에서 t에 대해 정리한 뒤 y(t)의 식에 대입해 시간 t를 소거한 결과는 아래의 수식과 같다.

따라서 X-Y 그래프에서 이차항의 계수에 x축 방향 초기속도를 제곱한 값의 2배는 중력가속도와 같음을 알 수 있다.

1. 실험 재료 및 도구

스크린, 책상용 클램프 2개, I-Ca 카메라, 카메라 스탠드 및 부속품, 전자발사장치, 전자발사장치 스탠드. 연결선 2개, 형광구 2개

3. 실험 방법

1. 전자발사장치를 설치한다.

참고자료

· 조승식 (2023), “일반물리학실험_개정판”, 북스힐
· Jewett/Serway 저. 대학물리학교재편찬위원회 역 (2024), “대학물리학”. 북스힐