중력 가속도 ( 단진자 )

소개

실험목적
지구의 중력 가속도 g는 물리학에서 가장 먼저 관측된 물리량 중의 하나이다. 본 실험에서는 단진자를 이용하여 지구 표면에서의 중력 가속도를 구하고자 한다.

이론

단진자란 무게를 무시할 수 있는 길이 인 끈의 한 끝이 고정되고 다른 한 끝에 매달린 질량 m 인 물체가 그림에서 보인 바와 같이 연직면 내에서 주기 운동을 하는 진자를 말한다. 실제 상에 있어서 물체는 끈의 길이에 비해 그 반지름을 무시할 수 있는 작은 구형이며, 끈의 무게는 물체의 무게에 비해 극히 적어 무시될 수 있어야 한다. 따라서 진자 운동은 세 기본 물리량인 진자의 길이, 운동의 주기, 진폭에 의하여 설명된다.

목차

실험목적
이론
실험장치
실험방법
참고문헌

본문내용

실험목적
지구의 중력 가속도 g는 물리학에서 가장 먼저 관측된 물리량 중의 하나이다. 본 실험에서는 단진자를 이용하여 지구 표면에서의 중력 가속도를 구하고자 한다.

이론

단진자란 무게를 무시할 수 있는 길이 인 끈의 한 끝이 고정되고 다른 한 끝에 매달린 질량 m 인 물체가 그림에서 보인 바와 같이 연직면 내에서 주기 운동을 하는 진자를 말한다. 실제 상에 있어서 물체는 끈의 길이에 비해 그 반지름을 무시할 수 있는 작은 구형이며, 끈의 무게는 물체의 무게에 비해 극히 적어 무시될 수 있어야 한다. 따라서 진자 운동은 세 기본 물리량인 진자의 길이, 운동의 주기, 진폭에 의하여 설명된다.
진자의 길이 은 물체의 질량 중심으로부터 고정점까지의 거리로 측정된다. 주기는 완전히 한 번의 왕복 운동을 하는 데 걸리는 시간이며, 진폭은 평형 위치로부터 측정한 최대 변위로 정의된다.
(*단진자? 가는 실에 가벼운 추를 달고, 비교적 작은 각도 내에서 진폭을 바꿔가면서 진자가 한 번 왕복하는 데 걸리는 시간을 측정해보자. 진폭이 크면 왕복하는 거리가 더 길기 때문에 진폭이 작을 때보다 시간이 더 오래 걸릴 것 같지만, 진폭에 상관없이 진자의 왕복주기는 같다는 것을 관찰할 수 있다.
진자는 진폭이 비교적 작은 경우 단진동을 하고, 이때 주기는 추의 질량이나 진폭의 크기에 상관없이 중력가속도의 크기와 실의 길이에만 의존하여
의 관계식을 만족한다. 이처럼 주기가 진폭에 상관없이 일정한 것을 단진자의 등시성이라고 하며, 추시계는 이 원리를 이용한 것이다. 중력이 일정할 때 단진자의 주기는 실의 길이에만 의존하므로, 추의 길이를 조정해서 시계의 빠르기를 정할 수 있다. -두산 백과사전)
질량 m 인 물체가 처음 B에 있을 때 중력에 의한 힘 mg는 두 성분으로 분해될 수 있다. 호 AB에 수직인 성분 mgcosθ 는 RMs의 장력 T에 맞서고 호 AB의 접선 방향의 힘은 mgsinθ이다. 이 때 운동하는 방향으로 작용하는 F는

참고자료

· 김병배 외 4명, 대학물리학 실험 (북스힐, 서울, 2008) p63-68
· 인터넷 두산 백과사전(네이버 백과사전) 단진자편