일반물리학실험 운동량의 보존

최초 등록일
2020.06.02
최종 저작일
2020.05
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"일반물리학실험 운동량의 보존"에 대한 내용입니다.

목차

Ⅰ. 개요 (Introduction)
Ⅱ. 이론 (Theory)
Ⅲ. 실험장치 및 실험절차 (Apparatus & Procedure)
Ⅳ. 데이터 및 결과 (Data & Results)
Ⅴ. 오차분석 (Error Analysis)
Ⅵ. 토의 (Discussion)
Ⅶ. 참고문헌 (References)

본문내용

Ⅰ. 개요 (Introduction)
이 실험은 회전하고 있는 원판에 다른 원판(또는 고리판)을 떨어뜨렸을 때, 충돌 전과 후의 각속도를 측정하여 각운동량이 보존됨을 알아보는데, 이때 각속도를 측정하기 위하여 Rotary Motion Sensor를 사용한다. 이를 통해 원판과 고리판의 회전관성을 이해하고 외부 토크가 없는 고립계의 경우 충돌 전후의 각운동량이 보존됨을 확인한다.

Ⅱ. 이론 (Theory)
* 회전 관성 또는 관성모멘트
: 회전 상태에 있는 물체의 운동을 변화시키려는데 저항하는 회전물체의 성질

① 회전축에 대한 질량 분포와 관계 있다. ② 회전축에 따라 달라진다.
같은 힘에 대해 속도의 변화를 일으키기 어려운 정도가 질량이듯, 같은 돌림힘에 대해 각속도의 변화를 일으키기 어려운 정도가 관성모멘트이다. 단위는 kg·m2이다. 밀도가 일정하고 모양이 같은 두 물체에 대해서는 질량이 더 큰 쪽이, 질량이 같다면 회전축에 더 멀리 분포된 부분이 많은 쪽이 관성모멘트가 더 크다. 또한, 같은 물체라도 회전축의 선택에 따라 그 값이 달라진다. 그 정의는 이다. 여기에서 I 는 관성모멘트, m은 질량소, r은 회전축으로부터 그 질량소까지의 수직거리를 의미한다. 이 식은 입자계의 회전관성이고, 연속적인 물체의 회전관성은 이렇게 표현한다.
관성모멘트 I 는 회전과 관련된 뉴턴 방정식, 각운동량, 운동에너지의 정의 등에 나타난다. 물체의 병진운동에 대한 역학법칙 F=ma는 회전운동에 대해 τ=Iα 로 바뀐다.여기에서 τ, I ,α는 각각 돌림힘, 관성모멘트, 각가속도이다. 즉, 회전운동에 대해 각속도의 변화를 유지하려는 관성이 바로 관성모멘트라는 것을 알 수 있다. 한편, 각속도 ω로 회전하는 물체의 각운동량은 L=Iω 정의된다. 그리고 회전에 대한 운동에너지는 다. 외부에서 작용하는 힘이 없거나, 있더라도 중력과 같이 무게 중심에 작용하는 경우 각운동량은 보존되므로, 관성모멘트를 변화시키면 각속도가 그에 반비례해서 변화한다.

참고 자료

일반물리학실험, 강준희 외 10명 등, 북스힐, 2019
대학물리학, 김용은, 자유아카데미, 2009

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