한양대 에리카 일반물리실험 자이로스코프 실험

소개

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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
회전 디스크를 회전시키고 회전 디스크의 각가속도를 측정하여 구한 회전 디스크의 관성 모멘트를 이론값과 비교하고 세차운동하는 회전 디스크의 최초 속도와 최종 속도를 측정해 구한 세차 운동의 각속도를 이론값과 비교한다.

실험 이론
자이로스코프는 회전체가 회전축의 방향이 임의로 향할 수 있는 짐벌에 고정된 장치다. 자이로스코프를 통하여 물체의 관성 모멘트를 측정하고 세차 운동을 관찰할 수 있다.
세차운동이란 물체의 각운동량에 변화가 생겼을 때 이를 보존하기 위한 축의 운동을 의미한다. 각운동량에 변화가 생길 시에 이를 보존하기 위한 힘이 생기는 이유는 현실세계에선 각운동량 보존 법칙이 성립하기 때문이다.
운동량은 물체의 질량에 물체의 속도를 곱한 값이며 로 나타낸다. 운동량은 회전운동의 상황에서도 정의할 수 있는데 이것이 각운동량이다. 원점으로부터 r만큼 떨어지고 선운동량이 인 물체의 각운동량 은 이고 이를 m(x)로 둔다. 이때 와 이 이루는 각도를 로 두면 각운동량을 나타내는 식은 아래와 같다. 단, 각운동량을 계산한 식은 벡터곱이므로 각운동량의 방향은 오른손 법칙을 따른다.
= (수식1)
병진운동에서 운동량의 변화량은 알짜힘으로 정의할 수 있다. 회전운동에서도 이같은 법칙이 적용되어 각운동량의 변화량은 토크로 정의할 수 있다. 토크는 회전 운동에서의 힘의 역할을 하는 물리량으로 x로 나타낼 수 있다. 를 과 가 이루는 각도로 두고 이를 계산하면 토크의 값은 아래 식과 같다. 단, 토크를 계산한 식은 벡터값이므로 토크의 방향은 오른손 법칙을 따른다.
(수식2)
각운동량의 변화량이 토크라는 사실을 증명하기 위해 을 시간에 대해 미분한다. 로 증명이 가능하다. 강체의 각운동량을 구하는 식을 유도하기 위해 강체의 각운동량을 로 둔다. 각운동량의 정의에 따르면 = 이다. 강체의 각속도를 w라 두면 v=wr 이므로 이를 대입하면 이다. 따라서 강체의 각운동량은 아래 식과 같다.

참고자료

· 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
· https://learning.hanyang.ac.kr/courses/68757/external_tools/1 영상 4분 35초