[서울대학교 물리학실험1 A+ 보고서(2020)] 1. 뉴턴의 사과 보고서

소개

서울대학교 물리학실험1의 첫번째 실험 "뉴턴의 사과" 보고서입니다.

목차

1. 서론
1.1. 실험 목적
1.2. 배경 지식

2. 실험 과정 및 결과
2.1. 실험 방법
2.2. 데이터 선정 및 계산 결과

3. 결과 및 오차 분석 토론
3.1. 중력가속도 값 오차
3.2. 질량의 영향
3.3. 부력의 영향
3.4. 공기저항 오차 및 항력계수 예상

4. 결론

5. 참고문헌

6. 부록

본문내용

Abstract
본 실험에서는 자연계에 존재하는 중력, 전자기력, 강력, 약력 중 중력에 대해 다룬다. 물체를 떨어뜨리는 과정을 촬영한 후 Tracker로 분석하고, 추세선의 함수 식을 통해 중력가속도를 계산했다. 그 후 질량과 부력이 미치는 영향을 알아보기 위해 질량이 다른 물체와 풍선을 매단 물체를 떨어뜨린 후 계산한 중력가속도를 비교했다. 또, 측정한 중력가속도 값에서 오차 원인과 줄일 수 있는 방법을 제안했다.

1. 서론
1.1. 실험 목적
본 실험에서는 중력에 의해 낙하하는 물체에서 가속도가 일정하게 나타남을 이해하고, 그 크기가 중력가속도 g=G M/R^2 ≈9.8m/s^2 와 같음을 보인다.

1.2. 배경 지식
1.2.1. 뉴턴 제 2법칙
물체에 힘을 가하면 가속한다. 이 관계를 나타내는 것이 뉴턴 제 2법칙으로, 이는 물체에 가하는 힘과 물체의 가속도가 비례한다는 것을 말한다. 이를 식으로 표현하면 다음과 같다.
F=ma

위 식에서 비례상수 m은 물체의 질량이다.

1.2.2. 일정한 힘이 가해지는 물체의 운동
물체에 일정한 힘이 가해지고 있을 때 물체의 가속도는 뉴턴 제 2법칙에 의해 일정하게 나타난다. 따라서 물체의 속도와 변위는 시간에 대한 함수로 표현할 수 있다.
초기 속도가 V0¬ 인 물체에 일정한 가속도 a로 가속할 때, t초 후 물체의 속도를 V는 다음과 같이 나타난다.
V=V_0+at

또, 물체의 속도 식을 시간 t에 대해 적분하면 t초 동안 이동한 물체의 초기 위치에 대한 변위 H를 구할 수 있다.

〖H=V〗_0 t+1/2 at^2

1.2.3. 중력가속도
질량이 M, m이고 질량중심 사이 거리가 r인 두 물체 사이에서 작용하는 중력은 다음과 같이 나타난다.
F=G Mm/r^2

위 식에서 G=6.673×10^(-11) 〖kg〗^(-1) m^3 s^(-2) 로 만유인력 상수이다.

참고자료

· Raymond A.Serway, Chris Vuille 「일반물리학」, 9th Edition
· Halliday, Resnic, Jearl Walker 「일반물리학 제 1권」, 9th Edition
· SNU Physics Laboratory 「뉴턴의 사과는 어떻게 떨어졌는가?」
· 기계로봇연구정보센터 물성치테이블(공기 및 헬륨 밀도/점성계수 참고)