일반물리학실험 - Tracker를 이용한 단조화 운동

소개

2019년 1학기 부산대학교 일반물리학실험에서 분반 내 레포트 점수 1위 했습니다.

목차

1. 실험목적
2. 실험 원리
3. 실험기구 및 재료
4. 실험방법
5. 측정값
6. 실험결과
7. 결과에 대한 논의
8. 결론
9. 참고문헌 및 출처

본문내용

1. 실험목적
단조화 운동을 하는 물체를 영상으로 촬영하여 Tracker 프로그램을 사용하여 주기를 측정함으로써 주기와 물체의 질량 및 용수철 상수와의 관계를 배운다.

2. 실험원리

1) 단조화 운동 : 물체에 작용하는 복원력이 평형 위치로부터의 변위에 비례하는 진동.
단조화 운동은 물리학에서 자연계의 많은 현상들을 기술하는 데 중요한 역할을 하며, 이 실험에서는 질량, 용수철 상수 등 몇 가지 변수를 바꾸었을 때, 물체의 진동하는 상태가 어떻게 달라지는가를 관찰한다.
물체가 두 개의 용수철 끝에 매달려있는 경우를 예로 들면, 다음과 같다.

< 중 략 >

4. 실험방법

실험 1 – 수평면에서의 진동

1) 수레의 질량을 측정하고 그림 1과 같이 장치한 다음 수평계를 이용하여 트랙의 수평을 조절한다.
2) 용수철을 수레와 트랙 끝단에 연결하고 수레의 평형점 위치를 기록한다.
3) 추걸이를 도르래를 거쳐 수레에 연결한다.
4) 추의 질량(m)을 증가시키면서 수레의 위치와 추의 질량 (추걸이 질량 포함)을 기록한다.
*추의 질량을 너무 크게 하면 용수철이 손상된다.

< 중 략 >

8. 결론
이번 실험을 통해 물체의 단조화 진동을 관찰하고 Tracker 프로그램을 이용해 분석함으로써 단조화 운동의 특성을 파악할 수 있었다.
실험 1에서는 힘과 수레의 위치변화의 관계성을 파악하고 그래프를 통해 용수철 상수를 구할 수 있었고, 수평면에서 수레를 운동시켜 주기를 측정하여 이론값과의 상대오차를 계산했다. 실험 2에서는 용수철이 직렬, 병렬 연결되었을 때, 그리고 사용한 용수철의 개수가 1개 혹은 2개일 때 물체의 단조화 운동 주기를 측정하여 이론값과의 차이를 계산했다.
실험결과, 실험 1에서는 상대오차 3.33%로 상대적으로 정확한 결과를 얻을 수 있었으나, 실험 2에서는 각각 상대오차 40.1%, 43.7%, 35.9%로 오차가 큰 결과를 얻었다.

참고자료

· 일반물리학실험, 부산대학교 물리학교재편찬위원회, 청문각