한양대학교 에리카 일반물리학실험1 / 5. 용수철 단진동 (A+)

소개

한양대학교 erica 일반물리학실험1의 다섯 번째 실험인 용수철 단진동 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) 용수철 상수와 용수철에 가해진 힘
3-2) 단진동 운동과 파동

4. 장치 및 방법
4-1) 장치
4-2) 방법

5. 실험 결과

6. 분석 및 토의
6-1) 분석
6-2) 토의

7. 결론

8. 참고 문헌(References)

본문내용

1. 실험 제목
용수철의 단진동

2. 실험 목적
훅의 법칙이란 용수철의 늘어난 길이는 용수철에 가해진 힘에 비례한다는 법칙이다. 해당 법칙을 통해 용수철의 복원력에 대해 이해해보고, 복원력을 수식으로 나타낼 때 필요한 용수철 상수를 측정값들을 통해 직접 구해본다. 또한 그래프의 측정값들을 통해 용수철 단진동의 주기를 직접 측정하여 계산해보고 이론 값과 비교하여 오차를 구해본다.

3. 이론 및 원리
3-1)용수철 상수와 용수철에 가해진 힘
용수철이란 스프링 이라고도 하며, 기계 에너지를 축적하는데 사용되는 탄력이 있는 물체를 의미한다. 용수철과 같이 탄성이 있는 물체에 대해 훅의 법칙이 성립한다. 훅의 법칙이란 탄성이 있는 물체에 대해 외력이 가해져 그 물체가 줄어들거나 늘어나는 등의 변형이 생겼을 때, 물체가 원래의 모습으로 돌아오려고 저항하는 복원력의 크기와 변형 정도의 관계를 나타내는 법칙이다. 훅의 법칙에 따르면, 용수철의 늘어난 길이는 용수철에 가해진 힘에 비례한다. 해당 법칙을 통해 용수철이 물체에 미치는 복원력에 대한 공식을 얻을 수 있다. 용수철에 가해진 힘(F)는 늘어난 길이 (Δx)에 비례하고 같은 길이가 변한다 해도 그에 따라 가해져야 하는 힘은 각 용수철 마다 다를 것 이므로 늘어난 길이의 앞에 용수철에 따라 다른 값을 갖는 용수철 상수(K)를 곱해준다. 또한 용수철에 작용하는 외력과 복원력은 서로 반대의 방향을 가지므로 부호는 –를 곱해준다. 결국, 용수철이 물체에 미치는 복원력은 다음과 같은 수식으로 구할 수 있다.
F=-kx (수식1)
용수철에 작용한 외력은 복원력과 반대 방향이므로 위의 수식에서 부호만 바꿔주면 외력을 구할 수 있다. 용수철 상수K는 F/x 로 계산이 가능하므로 상수임에도 불구하고 단위를 갖는다. F의 단위는 N이고 변위는 SI표준단위인 m를 사용하므로 (N/m)를 갖는다.

참고자료

· Young, Freedman, 현대물리학 12판, 475p~481p, 자유아카데미, 2009
· Raymond A, Serway, John W, Jewett, 대학물리학I 7판, 331p~335p, 360p~364p, 체인지러닝, 2009