[일반물리실험1] A+ 구슬 롤러코스터 결과보고서

소개

전남대학교 공과대학, 2021 일반물리실험1, A+

목차

1)실험목적
2)실험이론
3)실험준비물
4)사전 준비(토의)
5)실험 과정
6)실험결과
7)토론

본문내용

●실험 준비물
포토게이트 및 고정 집게, 스탠드, 플라스틱 밑판, 금속봉, 레일, 쇠구슬, 스마트폰, 줄자

●사전 준비(토의)
-쇠구슬의 질량 중심은 트랙과 같은 높이에 있지 않다. 따라서 쇠구슬의 높이, 원형 트랙의 반지름을 측정할 때 쇠구슬의 반지름을 고려한다.
-물체의 순간 속력을 어떻게 구할 것인가?
1)측정구간을 아무리 줄여도 포토게이트로 구할 수 있는 것은 일정 구간에서의 평균 속력이다. 따라서 포토게트를 설치하는 측정구간을 전부 최하점에 고정해 최대한 평면에 가까운 환경을 만든다. 마찰과 외력이 없다는 가정하에 이 조건에서 측정한 평균 속력은 구간 내 임의의 점에서의 순간 속력과 같아진다.
2)평균 속력과 순간 속력이 같아지도록 세팅을 했다. 하지만 현실에는 작은 마찰이 존재하고, 센서 자체가 오차를 만들 수 있다. 따라서 측정 구간도 짧게 하고 센서 자체가 유발할 수 있는 오차를 줄이기 위해 포토게이트를 2개가 아닌 1개를 사용한다. (이 때, 평균 속력은 쇠구슬이 포토게이트를 통과하는데 걸린 시간과 그 때의 이동거리(쇠구슬의 지름)을 통해 계산한다.)
-원형 트랙 실험에서 이론과 비슷한 상황을 만들기 위해서는 트랙을 최대한 원에 가깝게 만들 필요가 있다. 따라서 레일을 원통형 물체에 감아서 원형 레일을 만든다. 추가로 지름을 측정하기 위해 레일 고정 핀이 서로 마주보도록 배치한다.

●실험 과정
1. 내리막과 오르막
1)실험방법
(1)롤러코스터 세트와 포토게이트를 다음과 같이 설치한다.
(2)처음 위치를 30.5cm, 26.5cm, 23cm, 20cm로 바꿔가며 쇠구슬을 레일 위에 두고 쇠구슬이 가장 낮은 곳에 도달했을 때의 속력을 구한다.

2)결과 예측
-역학적 에너지 보존법칙에 따라 퍼텐셜 에너지의 감소량은 운동에너지의 증가량과 같다.
mgh=1/2 mv^2 (최종 구슬 속력 v, 구슬 질량 m, 처음 위치에서 나중 위치까지 지표와 수직방향의 변위 h)

참고자료

· 없음