일반물리실험I 자유낙하실험 보고서 (대학1학년 수준)

소개

전반적인 실험 내용과 결과에 대한 보고서로 대학교 1학년에 적합한 수준입니다.

목차

1. 실험목적
2. 실험이론 및 원리
3. 실험기구 및 개형
4. 실험방법
5. 측정데이터
6. 측정 그래프
7. 피드백 및 토의

본문내용

<실험목적>
자유낙하 하는 물체의 운동시간과 거리를 측정하여 지구 중력장에서의 중력가속도 를 구한다.

<실험이론 및 원리>
중력가속도란?
뉴턴의 만유인력에 의해 질량이 M과 m인 두 점 입자가 거리 r만큼 떨어진 곳에 위치할 경우 작용하는 중력 F의 크기는 다음과 같다.

M이 m보다 매우 큰 경우에 질량M을 가진 물체는 거의 정지해 있다고 볼 수 있는데, 질량이 큰 물체의 물질 분포가 구 대칭인 경우에는 모든 질량이 중심에 위치한 것과 같은 결과를 주어 r은 질량중심 사이의 거리가 된다. 다른 외부 힘이 없는 경우 작은 질량 m은 중력을 받아 가속운동을 한다. 방향은 물체의 질량중심 방향이고 크기는 다음과 같다.

이 식에서 관성질량과 중력질량이 같다는 등가원리를 적용하면 중력가속도는 작은 물체의 질량 m에 무관하게 된다.

이 식에 지구의 질량과 반지름을 대입해 우리가 흔히 알고 있는 중력가속도의 값을 얻는다. g=9.80665m/s^2

자유낙하 운동이란?
처음 속도 없이 정지 상태에서 중력만을 받아 아래로 떨어지는 물체의 운동

원리
등가속도 운동방정식 에서 처음속도를 0, 낙하위치를 기준점으로 하면 이 되어 의 형태의 수식이 나온다.

이번 실험에서는 ΔX 만큼 낙하하였을 때 걸리는 시간 t를 측정하여 중력가속도 g를 구할 수 있다.

수식을 통해 중력가속도 g는 추의 질량에는 무관하고 낙하거리와 시간에만 의존함을 알 수 있다.

<실험기구 및 개형>

홀딩장치: 전자석의 방식을 이용한 장치로 약한 전압을 이용 하여 강체구를 일정 높 이에서 정지해있도록 부착하도록 하는 장치

포토게이트 타이머: 강체구가 낙하하는 동안의 시간을 측정하기 위해 사용되며 적외선 발광 다이오드와 광 검출기로 구성되어 있음.

운동하는 물체가 지나가게 되면 빛의 경로가 차단되어 광 검출기의 전기적 출력 신호가 변화하게 됨. 이것을 이용하여 신호가 변화하는 시간 간격을 측정하고 측정값을 토대로 물체의 속도, 가속도 등을 구할 수 있음.

참고자료

· 없음