일과 에너지 결과보고서(연세대)

목차

1. 실험결과
1) 일-에너지 이론(The Work Energy-Theorem)
2) 역학적 에너지 보존(The Law of Conservation of Mechanical Energy)
3) 행거의 에너지 관찰

2. 결과분석
1) 일-에너지 이론(The Work Energy-Theorem)
2) 역학적 에너지 보존(The Law of Conservation of Mechanical Energy)
3) 행거의 에너지 관찰

3. 토의 및 건의사항

4. 참고문헌

본문내용

질량이 있는 물체에 힘 F가 가해져 거리 s만큼 이동했을 때, 우리는 힘과 거리의 곱만큼 일을 하게 되는데, 이를 물체에 가해진 일이라고 한다. 한편 물체는 운동하면서 무레 자체가 갖는 운동 에너지의 변화가 생기게 되는데 이 변화량은 물체에 가해진 일의 양과 같다. 이 실험은 물체에 가해진 일과 물체의 운동에너지 사이에 어떠한 관계가 있는지를 알아보기 위한 실험이었다.
1) 일-에너지 이론(The Work Energy-Theorem)
일-에너지 이론에 의하면 카트에 가해진 일의 크기는 카트의 운동에너지 변화량과 같아야 한다. 하지만 실험결과 추를 40g, 60g을 사용했을 때 각각 오차율이 11.4%, 10%의 오차율을 보였다. 이는 카트가 운동하는 과정에서 에너지가 보존되지 않고 손실되었다고 생각할 수 있다. 에너지가 손실된 원인으로는 카트와 트랙 사이의 마찰력, 마찰에 의해 생긴 열에너지, 움직이는 카트에 대한 공기 저항력 등을 생각해 볼 수 있다.
2) 역학적 에너지 보존(The Law of Conservation of Mechanical Energy)
실험에 주어진 계에 작용하는 알짜힘은 중력이다. 따라서 일-에너지 이론에 따르면 중력이 계에 한 일은 계의 운동에너지의 변화(카트의 운동에너지 변화량+행거의 운동 에너지 변화량)과 그 크기가 이론적으로 동일해야한다. 하지만 실험결과 추의 질량이 40g, 60g의 경우 각각 14.61%, 3.95%의 오차율을 보였고, 에너지 손실이 음의 값을 가지는 결과를 보였다. 이러한 오차가 발생한 원인은 위에서와 마찬가지로 물체가 움직이는 동안의 에너지 손실 및 실험과정에서 발생하는 오차 때문인 것으로 생각 할 수 있다. 실과 도르래 사이의 마찰력, 행거가 낙하할때의 공기저항력, 마찰에 의해 생긴 열에너지 등이 에너지 손실에 기여했다고 볼 수 있다. 그리고 실험과정에서 트랙의 lever feet가 수평으로 정확하게 맞추어지지 않았거나, 실과 트랙이 일직선으로 수평을 이루지 않아 오차가 발생할 수도 있다.

참고자료

· phylab.yonsei.ac.kr : 연세대학교 물리학실험실
· university physics 13th ch6,7