[성균관대학교 A+] 일반물리학실험1 Borda 진자를 이용한 중력가속도 측정 실험

소개글

성균관대학교 일반물리학실험 분반 3등 / A+ 레포트입니다.
채점 조교님이 매우 까다로우셔서, 오차원인을 아주 정성적, 정량적으로 작성하길 원하셨습니다.
그래서 제 레포트에는 오차 원인이 상세하게 작성되어 있습니다.
간단히 설명하자면, "에너지 손실은 공기저항 때문이다"를 "실험에 사용된 구체의 표면적은 A이고, 구체의 가속도는 a이므로 이를 공기저항 식에 대입해 보았을 때 총 에너지 손실은 X이다."와 같이 작성하였습니다.
오차 원인을 상세하게 쓰셔야 하는 분들께 추천드리고 싶습니다.
많은 구매 부탁드립니다.

목차

1. 실험 목적
2. 이론
3. 실험 기구
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 결과 분석 (오차 원인 분석)
7. 결론
8. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
Borda 진자의 단진자 운동을 분석하여 이론에서 예상한 모양의 운동을 하는지 관찰하고, 측정된 물리량으로 중력가속도 g를 구한 후 알려진 값과 비교한다.

3. 실험 기구
Borda 진자, 형광 스티커, 줄, 줄자, 카메라

4. 실험 방법
1. 카메라 중심을 공의 중심과 일치시킨다.
2. 진자 공의 인식이 쉬워지도록 공의 중심에 형광 테이프를 붙인다.
3. 진자를 진동시켜 카메라로 기록한다.
4. 기록한 영상을 분석하여, 주기를 알아낸다.
5. 주기를 이용하여 중력가속도를 구하고, 실제 중력가속도 값과 비교한다.

6. 결과 분석
g=(2π/T)^2 (2/5 R^2/(l+R)+l+R) 식을 이용해서 중력가속도를 구했을 때, 세번의 실험 모두 실제 중력가속도 값 9.8m/s^2와 비슷한 값이 나왔다.
하지만, 세번 모두 실제 중력가속도 값보다 근소하게 큰 값이 나왔는데, 이 원인을 분석하여 보겠다.

공기저항
공은 진자운동을 하며 공기저항을 받고, 저항을 받는 상태로 진자운동이 계속될 경우 언젠가 공은 멈추게 된다. 공이 멈추기까지 주기는 계속 줄어들고, 중력가속도 g를 계산할 때 주기 T값이 분모에 있으므로, 줄어든 주기 T값은 중력가속도 계산값이 실제 중력가속도 값보다 커지는데 기여한다.
그러므로, 1세트 실험을 이용하여 공기저항이 얼마나 오차에 영향을 미쳤는지 계산하여 보겠다.
공기 저항력은 1/2 ρv^2 AC_d 로 나타낼 수 있다.
(ρ는 공기의 밀도, v는 물체의 속력, A는 기준 면적, C_d는 공기저항계수이다.)
실험에서 사용된 진자는 구 모양이므로, 공기저항계수로 0.47을 이용한다.
또한 공기밀도로는 해수면에서 섭씨 15도일때의 밀도인 1.225 kg/㎥을 이용한다.
그리고 속도를 구하기 위해, 다음과 같이 진자 뒤에 있는 자를 교정막대자로 이용하여 진자의 속도를 구하였다.

참고 자료

일반물리학실험 – 성균관대학교 물리학과 물리실험위원회 편
공기 저항력 출처
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5810486&cid=60217&categoryId=60217
공기 밀도 출처
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3377000&cid=40942&categoryId=32299
공기저항계수 출처
https://en.wikipedia.org/?title=Drag_coefficient