한양대 에리카 일반물리실험 도르래-역학적 에너지 보존

소개글

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목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 실험 과정
4. 실험 결과지
5. 결과 및 분석
6. 결과 토의
7. 과제용 질문
8. 참고 문헌

본문내용

실험 목적
물체를 끌어 올릴 때 고정 도르래를 사용하는 상황과 사용하지 않는 상황을 비교하여 미끄러짐 마찰의 정도에 따른 역학적 에너지의 효율을 알아본다. 물체를 끌어 올리는 상황에서 복합 도르래에 연결된 줄의 수에 따른 기계적 이득과 효율을 알아본다.

실험 이론
물체의 역학적 에너지는 퍼텐셜 에너지와 운동 에너지의 합이다. 두 에너지는 일(W)을 이용하여 정의할 수 있다. 운동 에너지 K는 로 정의할 수 있고, 중력 퍼텐셜 에너지는 =로 정의할 수 있다. 두 식을 연립하면 아래 수식과 같다. 해당 식을 통하여 역학적 에너지의 변화량은 항상 0으로 일정하다는 사실을 알 수 있다.
(수식1)
, 로 두고 이를 (수식1)에 대입한다. 단, 두 식에서 아래첨자가 같은 상태는 같은 계의 짜임새를 가지고 있다. 같은 계의 짜임새를 가진 상태끼리 묶으면 아래 식과 같은 결과가 나온다. 이에 따르면 역학적 에너지는 계의 짜임새와 관계없이 항상 일정하게 유지된다. (수식2)
단, (수식1)과 (수식2)는 마찰이 없는 상황에만 적용된다. 만약, 마찰이 있는 상황을 상정한다면 뉴턴의 제2 법칙을 이용하여 다른 수식을 도출하여야 한다. 질량이 m인 물체에 외력 F가 작용하고 마찰 가 반대 방향으로 작용한다고 하자. 뉴턴의 제2 법칙에 의하면 물체에 작용하는 힘과 운동은 다음과 같이 규명할 수 있다. 해당 식에서 는 물체의 가속도이며 물체는 등가속도 운동을 한다.
(수식3)
물체가 등가속도 운동을 하고 있으므로 식이 성립한다. (물체의 초기 속도를 , 나중 속도를 v로 두고 물체의 변위를 로 둔다.) 위 식을 에 대하여 정리한 를 (수식3)에 대입하면 이다. 해당 식에 를 곱하면 인데 로 둘 수 있다. 이를 물체가 빗면을 오르는 등의 중력 퍼텐셜 에너지가 변하는 상황에 적용하기 위 식을 바꾸면 아래와 같다. 이다.

참고 자료

일반 물리학 실험/ 판수: 4/ 저자: 한양대학교 물리 위원회/ 발행일: 2020년 2월 20일/ 출판사: 한양대학교 출판부
Principles of physics/ 11판/ 저자: David Halliday,Robert Resnick, Jearl Waler/ 발행일: 2021년 2월 25일/ 출판사: 텍스트북스