역학적에너지보존

소개

"역학적에너지보존"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 기기
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 실험 고찰
7. 적용 사례

본문내용

1. 실험 목적
자동차는 대기위치에서 출발하여 다양한 형태의 트랙(언덕, 골, 만곡, 직선트랙)을 돌게 되며, 스마트 타이머에 연결된 포토 게이트를 사용하여 트랙을 따라 다양한 지점에서 자동차의 속도가 측정된다. 측정 높이로 위치에너지를 계산하고 운동에너지는 속도로부터 계산된다. 트랙의 두 지점에 대해 총 에너지를 계산하고 비교해 본다.
자동차가 대기위치에서 출발하여 만곡을 막 지나는 높이를 에너지 보존과 구심 가속도로부터 예측할 수 있다. 그리고 나서 실제 롤러 코스트에서 대해서 예측을 시험해볼 수 있다. 또한, 자동차가 언덕 윗부분에서 출발하여 만곡의 정점을 지나면, 만곡의 정점에서 자동차의 속도를 측정할 수 있고, 겉보기 무게(수직 항력)뿐 아니라 구심가속도도 계산할 수 있다.
2. 실험 원리
자동차의 총 에너지(E)는 운동에너지(K)와 위치에너지(U)의 합과 같다.

E=U+K
K=1/2 mv^2

여기서, m은 자동차의 질량이고, v는 자동차의 속력이다.

v=mgh

여기서, g는 중력에 의한 가속도이고, h는 위치에너지가 0으로 정의되는 지점 위쪽에 위치하는 자동차의 높이이다.
마찰을 무시한다면, 자동차의 총 에너지는 변하지 않는다. 에너지 보존의 법칙은 다음과 같이 말할 수 있다.

E= Constant ⇒ K_initial+U_initial= K_final+U_final

미니 자동차의 경우 아래와 같이 구심력과 에너지 보존법칙을 이용하여 만곡점을 지날 수 있는 예측 최소높이와 만곡점에서의 속도를 구할 수 있다.

참고자료

· 공학물리실험, 북스힐, p151~165