물리학실험 보고서 역학적 에너지보존

소개

에너지라는 개념은 과학의 모든 분야에서 중요하게 쓰이는 개념이다. 특히, 모든 에너지는 창조되거나 소멸되는 것이 아니라 단지 다른 형태의 에너지로 전환될 뿐이라는 ‘에너지 보존의 법칙’ 은 너무나 당연하다고 생각되면서도 가장 중요한 법칙이다. 이번 실험에서는 이 ‘에너지 보존의 법칙’을 용수철에 매달린 수레의 운동을 통해 이해하고, 검증해 보기로 했다.

역학적 에너비 보존에 관한 보고서

목차

Ⅰ. 실험 제목 및 목표

Ⅱ. 이론적 배경

Ⅲ. 실험 방법
1. 실험 준비물
2. 실험 계획 및 절차

Ⅳ. 결과 및 해석
1. 실험 결과
2. 결과 해석

Ⅴ. 결론

Ⅵ. 고찰 및 토의

* 참고문헌

본문내용

II.이론적 배경
1. 역학적 에너지 보존의 법칙1)
※물체의 운동 에너지와 위치 에너지의 합을 역학적 에너지(mechanical energy)라
고 한다. 일반적으로 마찰력이나 공기의 저항력이 무시될 때 물체의 운동 상태가 변하여도 물체가 가지고 있는 역학적 에너지는 서로 전환되지만 그 전체의 양은 항상 일정하게 보존된다. 이것을 역학적 에너지 보존의 법칙이라고 한다.
※식으로 나타내면 다음과 같다.


2. 에너지 보존의 법칙2)
※비보존력(마찰력, 저항력)이 작용하면 역학적 에너지 중 일부 또는 전부가 열에너지로 전환되어 역학적 에너지는 보존되지 않는다. 그러나 열에너지를 포함한 전체 에너지는 보존된다. 즉, 모든 에너지는 창조되거나 소멸되는 것이 안고 단지 다른 형태의 에너지로 전환될 뿐이다. 이 관계를 에너지 보존의 법칙이라고 한다.

3. 빗면에 용수철로 매달려 있는 수레의 운동3)

F용수철=kx
F마찰력=μmgcosθ
수레

x
F중력=mgsinθ
※빗면에 용수철로 매달려 있는 수레의 운동을 그림으로 표현하면 다음과 같다.

※여기서 만약 수레를 x 만큼 당겼다가 놓으면, 용수철은 수축과 인장을 반복하는 주기운동을 하게 된다. 그러나 수레와 빗면 사이의 마찰에 의해, 운동 에너지가 열 등의 다른 에너지로 전환되어 사라지게 되고, 그에 의해 주기운동의 진폭이 점점 줄어드는 감쇠진동을 하게 된다.

III.실험 방법
1. 수레를 진동시킬 때 수레의 운동에너지, 용수철의 탄성에너지, 그리고 위치에너지의 변화 관찰.
1)목적: 수레를 진동시킬 때, 수레의 운동에너지와 용수철의 탄성에너지, 위치에너지의 변화를 알아낸다.
2)실험 준비물: science workshop750, 노트북, 모션센서 1개, 용수철, 카트, 스탠드, 카트가 달릴 수 있는 판.
3)실험 과정
①아래 그림과 같이 실험준비물을 배치한다.
②수레를 아래쪽으로 x 만큼 당긴 후 수레를 놓는다.
③수레의 운동을 모션센서를 통해 분석한다.
④모션센서를 통해 수레의 속력, 위치를 알아낸 후 수레의 무게, 판의 각도 θ를 이용하여 운동에너지와 탄성에너지, 위치에너지의 변화를 그래프로 나타낸다.
⑤판의 각도 θ와 카트의 무게를 변화시키면서 실험 1~4를 반복한다.
⑥같은 조건에서의 실험은 4번씩 반복하여 실험의 정확도를 높인다.
4)실험 시 주의 점
①모션센서까지의 거리가 15cm 이하이면 측정이 되지 않을 수도 있으므로
주의한다.
②수레를 당기는 거리x는 실험마다 같게 하여, 오차를 최대한 줄이도록 한다.

참고자료

· 김종권, Hightop물리II, 48, 1997
· 김종권, Hightop물리II, 48, 1997
· 김종권, Hightop물리II, 309, 1997