[물리학실험] 역학적 에너지 보존 레포트

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목차

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본문내용

1. 실험 제목 : 역학적 에너지 보존

2. 실험 목표
- 경사면과 원주궤도를 따라서 쇠구슬을 굴리는 과정에서 쇠구슬의 회전운동 에너지를 포함하는 역학적 에너지의 보존을 관찰한다.

3. 실험 원리
- 경사면의 높이 h되는 곳에서 반지름이 r이고, 질량이 m인 쇠구슬이 정지 상태에서 출발하여 굴러내려 오면 쇠구슬은 운동에너지를 가지며 또한 회전운동에 대한 관성모멘트를 가지게 된다. 이는 역학적 에너지 보존법칙에 따라,
… (1)
이다. 여기서 v와 w는 경사면 바닥에서 쇠구슬의 선속도와 각속도이다. 또한 구르는 물체는 물체의 형태와 회전반지름에 따라 각기 고유한 관성모멘트를 가지게 된다(물리학실험교재 부록 4.5절(p238)참고).
이 쇠구슬의 관성모멘트는 이며, 이므로, 경사면 바닥에서의 속도는
… (2) 이다.
실제 실험에서는 r은 미끄러짐이 없다는 가정아래에서 (원주)궤도와 쇠구슬의 회전중심축 사이의 거리가 된다.
쇠구슬의 높이 h에서 정지 상태에서 출발하여 그림 1.4.1과 같은 경로를 굴러 내려 원형트랙의 꼭지점 T를 겨우 통과하는 경우, 꼭지점 T에서 역학적 에너지 와 점 B에서 쇠구슬의 속도 는 다음과 같이 구해진다.
1) 원형트랙 꼭지점에서 역학적 에너지
원형트랙 꼭지점 T에서의 총 역학적 에너지의 일반적 표현은
… (3)
이며, 여기서 vt는 T에서 쇠구슬의 선속도, wt는 각속도로서 이며, R은 원형트랙의 반경이다.
쇠구슬이 점 T에 겨우 도달하는 경우. 구심력은 중력과 같으므로

참고 자료

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