[부산대] 일반물리학실험1 보고서(물리학과) 원운동과 구심력 (A+)

소개글

부산대 물리학과(일반물리실험도 가능, 물리학과는 일물실+α 이거나 같거나 둘 중 하나입니다.)물리학도를 위한 물리실험 1 원운동과 구심력에 대한 보고서입니다. A+인증은 보고서 표지에 캡처 사진 넣었습니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 측정값 및 실험 결과
6. 결과에 대한 논의
7. 결론
8. 참고문헌 및 출처

본문내용

1. 실험 목적
원운동을 하는 물체의 질량, 운동 반지름, 그리고 구심력 사이의 관계를 알아보고 몇 가지 변수가 원운동을 하는 물체의 구심력에 어떤 영향을 주는가를 알아본다.

2. 실험 원리

그림 9-1과 같이 점 O를 중심으로 반지름 r로 등속 원운동을 하는 질량이 m인 물체를 생각해보자.
그림 9-1에서 와 는 각각 점 와 에서 물체의 속도이다. 와 의 크기는 로 같지만 방향은 다르다. 속도의 x축과 y축 성분은 다음과 같다.
,
,
물체가 점 에서 점 로 움직이는 데 걸리는 시간은

이므로, 물체의 가속도 성분은 다음과 같이 주어진다.

점 와 가 점점 가까워져 점 s 근처에서 만난다고 생각하면 각 가 작아져서 가 되므로, 점 s에서 물체의 가속도 는 가 된다. 여기서 (-) 부호는 점 P에서 아래로 향하는 것을 의미하는데 원의 중심을 향하는 것이다, 따라서 원운동을 하는 물체의 속도와 가속도의 방향은 그림 9-2와 같다.

위에서 구한 구심 가속도를 이용하여 물체에 작용하는 구심력을 구하면 이다. 각속도를 라 하고 한 번 회전하는 데 걸리는 시간 즉 주기를 라 하면 각속도와 속도는 각각 다음과 같이 주어진다.

이들을 에 대입하면 구심력 는 다음과 같다.

구심력 측정 실험 장치는 그림 9-3과 같다. 그림 9-4에서 보는 바와 같이 중앙 지지대의 도르래와 연결된 실이 수평인 상태에서 물체를 일정한 속도로 회전시키면, 물체에 작용하는 구심력은 실의 장력이 된다. 이 실이 도르래를 통해 용수철과 연결되어 있으므로 실의 장력은 용수철의 탄성력과 같다. 따라서 이때의 용수철의 탄성력을 측정하면 구심력을 알 수 있다. 회전대를 정지시키고 그림 9-3과 같이 장치를 하여 회전할 때와 같은 길이로 용수철을 늘어나게 하는 추와 추걸이의 무게()를 측정해서 회전시킬 때의 용수철의 탄성력 즉 구심력을 구한다. 이를 과 함께 식으로 나타내면 다음과 같다.

참고 자료

일반물리학 실험, 5판, 9장, 부산대학교 물리학교재편찬위원회, 청문각, 2018년