힘의 평형

소개

포항공대 일반물리실험 에이쁠입니다.. ^ㅡ^
1. 실험목적
― 힘의 합성방법과 평형조건 등을 알고, 힘의 합성대를 이용하여 실험으로 확인한다.
― 실험기구를 사용함에 있어 정밀성과 정확도를 높인다.
― 데이터 분석을 통해 분석능력과 과학적 사고능력을 기른다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 과정
4. 실험 결과
5. 결론 및 고찰
6. 참고문헌 및 참고 사이트

본문내용

5. 고찰 및 결론
이 실험은 힘의 합성대를 이용하여 힘의 합성과 평형에 대해 직접 느껴보는 실험이다. 우리는 이번 실험에서 세 개의 추를 이용하여 각각에 작용하는 중력으로 인한 세 장력의 평형에 대해 살펴보았다. 실험결과를 분석할 때에는 앞서 예비보고서에서 소개한 대로 작도법과 해석법을 사용하였다.
데이터 계산 방법을 소개하자면, 측정값의 힘의 크기는 추에 작용하는 중력과 같으므로 추의 질량(kg 단위)에 중력가속도를 곱하여 구할 수 있고, 측정값의 φ의 크기는 실험을 통해 쉽게 구할 수 있다. 이론치의 힘의 크기는 해석법의 경우 로 구할 수 있고, φ의 크기는 로 구할 수 있으며, 작도법의 경우 직접 벡터를 그려서 구하였다.
(1) 작도법에 의해 구한 F3의 값
이 값들은 <Figure 6>과 같이 직접 모두 작도를 해서 얻어진 것이다. 라는 하나의 힘을 고정시켜놓고 나머지 두 개의 힘을 달리하여 합력을 구하였다. 각각의 실험마다 두 개의 그림을 그려 각각에 대해 표준오차막대를 구할 수 있었다. 작도법에 구해진 힘 의 평균값은 약 1.88N으로 그래프에 그린 추세선의 y절편 값과 유사하게 나왔다. 그러나 이 값은 실제로 의 힘인 1.97N과는 차이가 꽤 있는 값이다. 이는 많은 오차의 요인이 있음을 말해준다.
(2) 해석법에 의해 구한 F3의 값
이 값들은 위의 식들에 의해서 얻어졌다. 따라서 표준오차막대는 구할 수가 없었다. 작도법과 해석법 사이에는 원래 오차가 생기면 안 된다. 그러나 그 평균값을 비교해보면 작도 과정의 문제나 실수로 인해 오차가 생겼음을 알 수 있다. 해석법의 평균 는 1.78N으로 역시 추세선의 y절편과 비슷하게 나왔지만, 작도법과 실제 값과의 차이가 꽤 있다.
(3) 작도법과 해석법의 값 상대오차
(1)번과 (2)번 그래프에서 보면 알 수 있듯이, 측정값과 이론값 사이에는 힘의 오차는 작았으나 각도의 오차는 대부분이 크게 나타났다. 각도의 오차를 살펴봤을 때 힘이 큰 경우, 즉 질량이 큰 경우에 오차가 큰 경향을 보였는데 이는 도르래의 마찰의 영향으로 보인다.
(4) 오차의 원인 분석 및 오차를 줄이기 위한 방안들
오차원인에 대해서 살펴보자면 다음과 같다. 일단 실험에 앞서 합성대의 평형을 맞출 때 오차가 생겼을 것이다. 수준기를 이용하여 최대한 평형을 맞추었으나 정확한 평형을 맞추기가 어려웠고, 매 실험마다 합성대의 평형을 맞춰주어야 하겠지만 그렇지 못했으므로 여기서 오차가 생겼을 것이다. 정밀한 수준기를 가지고 매 실험마다 평형을 맞춰줬다면 좀 더 정밀한 실험이 되었을 것이다.

참고자료

· ⑴ Halliday / Resnick / Walker Fundamentals of Physics 7th edition, 24P~27P
· ⑵ 하이탑 물리 Ⅱ, 김종권, 이강석, 132P~136P