한양대학교 에리카 일반물리학실험1 / 1.자유낙하운동 (A+)

소개

한양대학교 erica 일반물리학실험1의 첫 번째 실험인 자유낙하 운동 2023년도 1학기 리포트입니다.
리포트 점수는 10/10 을 받았으며, 과목 성적은 리포트 점수만으로 A+, 100점을 받았습니다.
모든 레포트는 직접 자료조사와 공부를 통해 많은 시간을 들여 작성하였습니다.

목차

1. 실험 제목

2. 실험 목적

3. 이론 및 원리
3-1) 등가속도 운동
3-2) 자유낙하 운동
3-3) 중력가속도(g)

4. 장치 및 방법 (Experimental method)
4-1) 실험 장치
4-2) 실험과정

5. 실험 결과
5-1) 두꺼운 사각판의 질량 m=29. 85g인 경우
5-2) 두꺼운 사각판 + 얇은 사각판의 질량 m=46. 82g인 경우

6. 분석 및 토의
6-1) 분석
6-2) 토의 질문

7. 결론

8. 참고문헌 (Reference)

본문내용

1.실험 제목
자유낙하 실험

2.실험 목적
자유낙하를 하는 운동은 가속도가 일정한 등가속도 운동을 하게 된다.
등가속도 운동인 자유낙하 운동을 하는 물체의 운동을 관찰하고, 운동 센서와 Capstone 프로그램을 이용해 낙하 거리와 시간, 속도 등을 측정하여 중력 가속도를 구한다. 무게가 다른 두 물체의 중력 가속도를 구하여 비교해본 후 중력 가속도는 질량과 상관 없이 항상 같은 값을 갖음을 확인해본다.

3.이론 및 원리
3-1)등가속도 운동
등가속도 운동이란 일정한 힘이 가해졌을 때 발생하는 가속도가 일정한 운동이다. 이때 가속도란 시간에 따른 속도의 순간적인 변화량이기 때문에, 등가속도 운동은 속도의 순간적인 변화량이 일정한 운동이라고도 볼 수 있다.
가속도가 일정하기 위해선 질량이 존재하는 물질에 대해 운동 상태에 변화를 일으키는 힘이 일정해야한다. 등가속도 운동의 예시로는 마찰이 없는 면에서일정한 힘을 받을 때 물체의 운동, 자유낙하 운동 등이 있다.
등가속도 운동을 그래프로 나타내어 보면 다음과 같다.

가속도는 시간에 따라 속도가 변하는 정도를 의미하므로 그림(나)의 그래프에서의 기울기는 가속도이다. 가속도 관계식을 통해 수식을 하나 얻어낼 수 있다. 가속도는 a=(v-v_0)/t 로 표현이 가능하다. 그리고 등가속도 운동에서는 가속도가 계속 일정하므로 평균가속도와 순간가속도가 같아지게 된다.
즉, a=a_avg=(v-v_0)/t이고, 해당 식을 정리해보면 위와 같은 수식을 얻을 수 있다.
v=v_0+at (수식1)
관계식을 통해서도 수식1을 얻을 수 있지만, 적분을 통해서도 이를 구할 수 있다. 가속도의 정의 a=ⅆv/ⅆt 의 양변을 적분해서 유도한다.
dv=aⅆt 이고 양변을 부정적분 해주면 ∫_(v_0)^v▒〖dv=∫_0^t▒adt〗, 등가속도 운동이라 a는 t 에 무관한 상수이므로, v-v_0=a(t-0) 즉 v=v_0+at 이 나오게 된다.
마지막으로 그래프를 통해서도 구할 수 있다.

참고자료

· Walker, Halliday, Resnick, 일반물리학 11판, 13p~28p, 텍스트북스,2020.
· Raymond A, Serway, John W, Jewett, 대학물리학I 7판, 17p~35p, 체인지러닝,2009.
· Young, Freedman, 현대물리학 12판, 99p~129P, 자유아카데미, 2009