관성모멘트와 각속도, 구심력 측정

소개

물리학실험

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험장치 및 기구
4. 실험 방법
5. 결과 예측

본문내용

관성모멘트와 각속도
1. 실험 목적
: 모멘트에 의해 작동하는 강체가 마찰이 적은 축 주위를 회전할 수 있도록 되어 있으며 회전 각도와 각 속도를 시간의 함수로 측정한다. 또한 각 가속도를 모멘트의 함수로 결정한다.
2. 실험 원리
: 물체의 운동은 여러 가지 방법으로 해석이 가능하며 해석방법은 운동의 형태에 다른 에너지 분포에 따라 달라 질 수 있다. 가장 흔한 운동의 형태로는 선형운동, 회전운동, 병진운동 등이 있으며 회전운동의 경우 선형운동과 달리 물체의 에너지가 위치에너지, 운동에너지 외에 회전에 따른 회전에너지까지 포함이 된다. 회전에너지는 물체의 질량 외에 모양과 크기에 따라 다르게 되는데 이와 같이 회전에너지를 설명할 때 관성모멘트라는 물리량을 사용하면 편리해진다. 직선운동의 경우 물체의 질량이 관성의 역할을 하는데 회전운동의 경우 바로 이 관성모멘트가 관성의 역할을 한다. 질량이라는 물리량이 있어 직선운동의 기술이 편리해진 것처럼 회전운동의 경우 관성모멘트의 정의로 인해 회전운동의 기술이 편리해 진다. nro의 질점으로 구성된 강체가 고정 축 주위를 각속도 로 회전하면, 총 운동에너지 K는
(1)
이다.
여기서 I는
(는 회전축으로부터의 거리) (2)
로서, 이를 관성모멘트라 한다.
연속적인 질량 분포의 경우에는
(3)
이 된다.
그림1과 같은 장치에서 질량M인 추가 정지 상태로부터 시간 t동안에 h만큼 EJfdj지면서 원판을 회전시키면, 에너지 보존 법칙에 의해
(4)
이 된다. 여기서 v는 추가 h만큼 내려왔을 때의 속도로서 추는 등가속도운동을 하므로
(여기서 a는 가속도)
(5)
이고, 는 회전축의 각속도로서
(6)
이다. 여기서 R은 회전축의 반지름이다.
식 (5), (6)을 (4)에 대입하면 회전체의 관성모멘트 I는 다음과 같이 된다.
(7)
3. 실험장치 및 기구
: 영상 분석 장치, 도르래, 도르래 지지대, 기준자, 추(100g) 5개, 실, 버니어 캘리퍼스, 원판, 원환
◎ 여러 가지

참고자료

· 없음