물리진자, 비틀림진자 결과 보고서

목차

1. Physical Pendulum
1) 물리량 계산 방법 및 기본 물리량 측정
2) 실험 결과
3) 막대형 물리 진자의 주기 T의 실험값과 이론값의 비교
4) T-d 그래프

2. Physical Pendulum
1) 물리량 계산 방법 및 기본 물리량 측정
2) 실험 결과
3) 원판형 물리 진자의 주기 T의 실험값과 이론값의 비교
4) T-d 그래프 작성

3. Torsion Constant
1) 물리량 계산 방법
2) 실험 결과

4. Torsion Pendulum
1) 기본 물리량 측정 결과 및 물리량 계산 방법
2) 실험 결과
3) 비틀림 진자의 주기 T의 실험값과 이론값의 비교

5. 실험 결과 분석
6. 토의 및 제언

본문내용

진자의 길이가 짧아지면 주기가 지속적으로 감소하는 단진자와 비교할 때, 물리 진자의 고정점이 점점 중심으로 이동하면 어떤 현상이 관찰되는가? 만약 지속적으로 감소하지 않는다면 주기가 최소가 되는 고정점의 위치는 어디인가? 식(7)에서 T가 최소가 되는 d를 구하면 실험 결과와 일치하는가?

진자의 길이가 짧아지면 주기가 지속적으로 감소하는 단진자와 다르게 물리 진자는 주기가 조금씩 감소하다가 다시 증가하는 모습을 보인다. 이 때 실험을 통해서 알아낸 주기가 최소가 되는 고정점의 위치는 0.144m였으며, 식(7)을 통해 T가 최소가 되는 d를 구했을 때의 결과와 일치했다.

동일한 고정점에서 진자의 최대 각변위가(진동 각도가) 매우 커지면 주기 T는 어떻게 변할 것으로 예상되는가? 그 이유는 무엇인가?
실험을 하면서 진동 각도를 작게 했을 때는 주기 T가 비교적 일정하게 유지되는 것을 볼 수 있었다. 하지만 각변위가 커진다면 주기는 일정하게 유지되지 않고 변화할 것으로 예상된다. 물리 진자의 주기를 구하는 과정에서, 각 변위가 작다는 가정이 있었기에 를 로 근사할 수 있었다. 하지만 각변위가 커지면 근사를 할 수 없게 되므로 에 대한 미분방정식을 풀어야한다.

실험 결과 분석
실험1 ) Physical Pendulum (Slender Rod)
실험 1에서는 막대형 물리진자의 주기를 측정하고 이를 이론값과 비교해보았다. 이 때, 주기를 구하는 이론적인 식은 이다. 이 식에서 살펴볼 수 있는 특징적인 점은 질량중심으로부터의 거리에만 영향을 받으며 진자의 질량에 영향을 받지 않는다는 것이다. 이론값과 실험을 통해 구한 값을 비교해 오차를 구해보니 가장 큰 오차가 2%정도로 비교적 작은 값이 나왔다.
위의 질문에서도 논했지만, 각변위가 작을 때 주기는 단진자에서와 같이 계속해서 증가하거나 감소하는 선형적인 형태를 보이는 것이 아니라 그래프에서 볼 수 있듯 극솟값을 가지며 감소하다가 다시 증가하는 형태를 보인다. 이는 이론적인 T를 그래프로 그린 것에서도 확인할 수 있었지만 실험을 통해서도 가장 작은 값을 보인 d값이 이론과 비슷하다는 것을 확인할 수 있었다.

참고 자료

phylab.yonsei.ac.kr : 연세대학교 물리학실험실
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker. 일반물리학 개정9판 제 1권. 범한서적주식회사.