[A+ 리포트] [일반물리실험] 구심력 측정 실험 (예비 결과 보고서)

소개

실험 과목 전부 다 A+를 받았으며 예비 결과가 합쳐진 보고서 내용입니다.
제 판매글에 들어가시면 실험과목들의 보고서를 확인하실 수 있습니다.

목차

1. 실험 제목
2. 실험 목적
3. 실험 이론
4. 관찰 및 결과
5. 분석 및 토의
6. 결론
7. 참고문헌

본문내용

1. 실험제목
-구심력 측정 실험
2. 실험목적
다양한 질량과 그리고 회전운동의 변화를 통하여 구심력을 측정하고 이해한다.
3. 실험이론
(1)등속력 운동과 구심력
등속 원운동은 일정한 속력으로 원 궤도를 따라 움직이는 운동이다. 이때 원형 경로에 수직으로는 원이 중심을 향하는 구심 가속도가 존재한다.    
 이때 등속 원운동은 방향은 변하고 속력만 일
정하기 때문에 등속도 운동이 아닌 등속력 운동이다.

아래의 그림 2에서처럼 원운동을 하고 있는 물체의 위치를 라고 할 때, 시간이 지난 물체의 위치를  라 표현하면 이때의 변위는 Δ이라 할 수 있다. 이와 같이 그려지는 삼각형은 중심각이 Δ인 이등변 삼각형이다.

의 지점에서 생기는 속도는 이며 의 지점에서 생기는 속도는 이다. 이때 속도의 변위는 Δ 이며 이 세 변을 통해 만들어지는 중심각이 Δ 인 삼각형은 그림 3과 같은 이등변 삼각형이다.

위의 두 삼각형은 같은 중심각을 가진 이등변 삼각형이기 때문에 닮음꼴 이등변 삼각형이다. 또한 닮음꼴이기 때문에 비례식이 성립한다.

평균 가속도의 식에서 위에서 구한 속도 변화량을 넣어주면 아래와 같이 평균 가속도가 정리된다.

이제 Δ 를 한없이 작아지도록 극한을 활용해본다. 극한을 활용하면 이때의 가속도는 순간 가속도로 나타낼 수 있으며 아래와 같은 식으로 유도된다.

따라서 구심 가속도는 위의 식으로 나타낼 수 있다.

위의 구심 가속도를 활용해서 구심력 또한 구해줄 수 있다.

(2) 구심 가속도와 접선 가속도
구심 가속도와 함께 원운동을 할 때 작용을 할 수 있는 가속도 중에 접선가속도()가 있다. 접선가속도는 그림 4에서처럼 원운동을 할 때 물체의 속력 방향으로 작용하는 가속도이다. 구심 가속도가 물체의 방향을 변화시키는 가속도라면 접선 가속도는 물체의 속력을 변화시키는 가속도이다. 원운동을 하고 있는 물체에 작용하는 가속도로 구심 가속도와 접선 가속도가 있을 때, 이 두 가속도를 벡터의 합을 활용하여 가속도가 향하는 방향과 크기를 알 수 있다.

참고자료

· 일반물리학 실험교재 편찬위원회. (2020). 일반물리학 실험교재 편찬위원회 (개정 6판). 국민대학교 출판부
· Raymond A. Serway 외 1명. (2019). 대학물리학교재편찬위원회 역(10판). 북스힐