[일반물리실험 A+ 자료] 단진자의 운동과 중력 실험 보고서

소개

"[일반물리실험 A+ 4.5 자료] - 단진자의 운동과 중력 실험 보고서"에 대한 내용입니다.

이공계 4.5 만점 수석 학생의 보고서입니다.
예비보고서와 결과보고서가 함께 작성되어 있는 레포트입니다.
총 41장의 내용으로 모든 실험 결과가 세밀하게 분석되어 있습니다.
더불어, 오차분석 및 토의가 논리적이고 체계적으로 작성되어 있습니다.
약 4장의 토의가 포함되어 있습니다.

목차

Ⅰ. 개요 (Introduction)
ⅰ) 실험 목표

Ⅱ. 이론 (Theory)
ⅰ) 단진자 (simple pendulum)
(1) 단진자의 운동방정식과 해
(2) 단진자의 역학적 에너지 보존
㉠ 가장 낮은 점 Ⓑ를 통과할 때, 구의 속력
㉡ 구가 점 Ⓑ에 있을 때, 줄의 장력
(3) 최저점에서의 속력 측정과 역학적 에너지 보존 확인
(4) 진자의 등시성
ⅱ) 훅의 법칙

Ⅲ. 실험장치 및 실험절차 (Apparatus & Procedure)
ⅰ) 비교 변인
(1) 진자의 길이 변화 (6종) / 반복실험
(2) 진자의 질량 변화 (3종) / 반복실험
(3) 진자의 진폭 변화 (4종) / 반복실험
ⅱ) 실험절차
ⅲ) 주의 사항

Ⅳ. 데이터 및 결과 (Data & Results)
ⅰ) 진자의 길이 변화에 따른 주기 변화 측정
(1) 조작 변인
(2) 주기와 주기에 영향을 미치는 요인
(3) 주기와 진자의 길이와의 관계는 어떻게 되는가?
(4) 진자의 길이 vs 주기
(5) 진자의 길이 vs 주기의 제곱
㉠ 그래프
㉡ 그래프를 통해 알 수 있는 점
ⅱ) 진자의 질량 변화에 따른 주기 변화 측정
(1) 조작 변인
(2) 중력 가속도 계산값과 측정값
(3) 진자의 질량과 주기와의 관계
(4) 진자의 질량 vs 주기
(5) 중력 가속도가 정확히 측정되었는가? 아니라면 그 이유는 무엇인가? (문헌을 찾아 조사해보자.)
ⅲ) 진폭의 변화에 대한 주기 측정과 역학적 에너지 보존 확인
(1) 조작 변인
(2) 진폭의 변화에 대한 주기 측정과 역학적 에너지 보존 확인
㉠ 초기각도 : 5도일 때, 10회 측정값과 평균 값
㉡ 초기각도 :10도일 때, 10회 최대 운동에너지 측정값과 평균 값
㉢ 초기각도 :15도일 때, 10회 최대 운동에너지 측정값과 평균 값
㉣ 초기각도 : 30도일 때, 10회 최대 운동에너지 측정값과 평균 값
(3) 진자의 각도와 주기의 관계는 어떠한가?
㉠ 측정값 표를 통한 진자의 각도와 주기의 관계 확인
㉡ 진자의 진폭 vs 주기 그래프를 통한 관계 확인
(4) 역학적 에너지는 보존되었는가? 오차가 발생하였다면 그 이유는 무엇인가?

Ⅴ. 오차분석 (Error Analysis)
ⅰ) 절대 오차
(1) 진자의 길이 변화에 따른 주기 변화 측정
(2) 진자의 질량 변화에 따른 주기 변화 측정
(3) 진폭의 변화에 대한 주기 측정과 역학적 에너지 보존 확인
ⅱ) 오차율
(1) 진자의 길이 변화에 따른 주기 변화 측정
(2) 진자의 질량 변화에 따른 주기 변화 측정
(3) 진폭의 변화에 대한 주기 측정과 역학적 에너지 보존 확인
ⅲ) 표준편차와 표준오차
(1) 최대 운동 에너지
㉠ 초기각도 : 5도인 경우
㉡ 초기각도 : 10도인 경우
㉢ 초기각도 : 15도인 경우
㉣ 초기각도 : 30도인 경우
ⅳ) 실험기구로부터 발생 가능한 오차 범위
ⅴ) 오차 원인 및 개선 방안

Ⅵ. 토의 (Discussion)

Ⅶ. 참고문헌 (References)

본문내용

Ⅰ. 개요 (Introduction)
ⅰ) 실험 목표
1. 단진자의 주기를 측정함으로써 진자의 길이와 추의 질량이 주기에 미치는 영향을 알아본다.
2. 측정된 주기로 중력가속도의 값을 계산해본다.
3. 진자의 위치에너지와 운동에너지를 측정하여 에너지가 보존됨을 증명해본다.

Ⅱ. 이론 (Theory)
ⅰ) 단진자 (simple pendulum)
가벼운 줄에 매달린 입자의 수직평면 내 운동이다. 즉, 길이가 일정하고 질량을 무시할 수 있는 가는 실에 질량이 m인 추가 매달려 운동하는 것이다. 진자의 주기는 추의 질량과 각도에 상관없이 실의 길이에 따라 변한다.

(1) 단진자의 운동방정식과 해

길이가 L이고 위쪽 끝이 고정된 가벼운 줄에 매달린 단진자를 고려해보자.

<중 략>

(2) 프로그램 실행 및 센서 설정

1. 캡스톤 아이콘을 클릭하여 프로그램을 실행한다.
2. 워크북 페이지 왼쪽의 Hardware Setup을 클릭해서 센서를 선택한다.
3. 실험에 사용하는 센서인 Photogate센서를 Interface Digital 연결 단자 채널에 연결한다.
4. Time Setup 1번 항목에서 Pre-Configured Timer가 선택된 것을 확인한다.
5. Time Setup 2번 항목에서 Photogate, Ch 1이 선택되었는지 확인하고 3번 항목에서 Pendulum Timer가 연결되어있는지 확인한다.
6. Time Setup 4번 항목의 측정값 설정에서 Period, Speed를 선택한다.
7. Time Setup 5번 항목에서 진자 추의 직경인 0.0168m를 입력한다.
8. Time Setup 6번 g항목에서 Pendulum Timer를 선택하고 Finish 버튼을 눌러 설정을 마친다.
9. Calculator에서 mks 단위계를 활용하여 중력가속도 식인 g=L*4*pi^2/T^2를 입력한다.
10. L을 클릭하여 활성화시키고 실험할 진자의 길이인 1을 입력한다.

참고자료

· 일반 물리학 실험. 김병훈 외 11명. 북스힐, 1998. 123쪽~132쪽, 289쪽~294쪽