[물리학실험]역학적 에너지 보존 실험보고서

소개

카이스트 A+ 보고서 입니다:)
조교님이 결론 및 제언(디스커션) 부분을 좀 유심하세 보셔셔
디스커션 부분만 좀 강합니다. 실험 결과는 좀 미약할 수도 잇어요:)

목차

실험목표
이론적 배경
실험결과
결론 및 고찰

본문내용

실험 목표
레일 위를 굴러가는 공의 운동에너지, 위치에너지와 공의 회전에너지를 계산하여 공의 역학적 에너지 보존의 법칙이 성립하는지를 확인해본다.
실험도구
플라스틱 공,I-CA시스템, 레일
이론적 배경
○역학적 에너지 보존
어떤 계의 역학적 에너지는 운동에너지와 퍼텐셜에너지의 합으로 나타낼 수 있다. 이런 역학적 에너지는 고립된 계에서 어떠한 외부의 힘도 작용하지 않았을 때 한 물체는 항상 일정한 값을 가지며 한 계의 전체 에너지 또한 없어지거나 새로 발생하지 않고 일정하게 유지된다. 이것을 식으로 나타내면 로 표현 할 수 있다.
○공의 회전관성
회전관성 으로 회전체를 구성하고 있는 입자들의 질량이 회전축에 대해서 어떻게 분포하고 있는지를 나타내는 값이다. 이 값은을 이용해서 구할 수 있고 공은 꽉 차있는 구이므로 (r=공의 반지름)로 계산 할 수 있다.
○레일을 돌기위한 최소 높이
공은 처음에 속도 없이 시작하지 때문에 위치에너지만을 갖고 있다. 이 공이 레일을 완벽하게 돌기 위해서는 레일위의 최고점에서 공이 위치에너지로 전환된 에너지 이상의 에너지를 갖고 있어야 레일을 돌 수 있다. 공이 처음 출발하는 높이를 h라하고 레일에 포함되어 있는 원형부분의 반지름을 r이라하고 레일이 바닥에 붙어있다고 할 때 공은 회전을 하면서 굴러 내려가기 때문에 공은 운동에너지 위치에너지와 회전에너지를 갖고 있다. 따라서 ≧을 만족해야 공이 레일에서 떨어지지 않고 굴러갈 수 있다. 또 일 경우가 공이 레일을 완전히 돌 수 있는 최소속력를 갖는 경우라고 할 수 있다. , I를 공이 레일을 완전하게 돌기위한 에너지를 구하는 식에 대입하면 공이 레일을 돌기위한 최소 높이임을 구할 수 있다.
○레일의 최저점에서 공이 가지는 속력
레일의 최저점에서 물체는 위치에너지는 갖지 않고 회전에너지와 운동에너지만을 갖는다. 의 식을 통해서 을 구하면 울 구할 수 있다.
실험 결과
○이론적 결과
이론적으로 레일을 굴러가는 공의 운동에너지와 위치에너지 회전에너지의 합은 일정하게 유지된다.

참고자료

· 없음