패러데이의 전자기 유도법칙을 이용한 단진자의 운동 분석 (Analysis of the Motion of a Pendulum by Using Faraday's Law of Electromagnetic Induction)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 67권 / 3호 / 388 ~ 397페이지
· 저자명 : 이상호, 손상호

초록

고등학교 학생들에게 쉽게 전자기 유도법칙을 이해시키고자 자석을 단진동 시켜 주기적으로 바뀌는 유도전류로부터 단진자의 운동을 분석해 보았다. 코일 위에 네오디뮴 자석을 움직이게 하는 진자가 패러데이의 전자기 유도법칙에 의한 유도 전류를 만들면, 진자의 주기적인 운동이 MBL 장치에서 주기적인 유도전류 신호를 만들었다. 유도전류의 주기를 실험적으로 측정하고 단진자의 이론적인 주기값과 비교해 보았더니 0.5\% 오차범위 내에서 서로 일치하였다. 측정된 단진자의 주기와 줄의 길이로부터 중력가속도 $g$를 계산하고 실험이 수행되는 곳에서 알려져 있는 중력가속도 $g'$와 비교해 보았더니 오차범위 1\% 내에서 일치하였다. 단진자의 운동으로 자속의 변화를 일으켜 전자기 유도현상을 확인하였으며 유도전류의 시간변화로부터 단진자의 주기, 중력가속도 값과 같은 역학적 인자를 비교적 정확하게 분석할 수 있었다. 이론적으로 단진동 운동에 대한 오차율을 산정해 본 결과, 유도전류에 의해 발생한 자기장과 자석사이의 상호인덕턴스 효과는 단진자의 운동에 영향을 줄만한 구속조건이 되지 못했다. 단진자 운동과 패러데이의 전자기유도법칙을 동시에 이해시킬 수 있는 하나의 실험장치가 제안되었다.

영어초록

The purpose of this study is to analyze and evaluate the movement of a pendulum by using an experiment for Faraday's law of electromagnetic induction. The microcomputer-based laboratory (MBL) experimental apparatus was used in the experiment, which helps high-school students to measure data easily on the basis of electromagnetic induction and a pendulum. A neodymium magnet pendulum moving over a solenoid yields a current according to Faraday's law of electromagnetic induction. The periodic motion of the pendulum leads to a periodic current signal in the MBL apparatus. From the periodic signal of the electromagnetic induction current, one can measure the period of the pendulum and compare it to the theoretical value. Furthermore, from the measured period, one can evaluate the gravitational acceleration constant $g$ and compare it with the gravitational acceleration constant for the place where the experiment was conducted.

참고자료

· 없음