자유낙하실험 예비 와 결과 입니다.

소개

퍼펙트 에이뿔 입니다.

목차

예비보고서
1.실험목적
2. 사용기기
3. 실험이론
4. 실험방법
5.결과
6. 결론 및 토의

결과보고서

본문내용

자유낙하(free fall)
1. 실험목적
낙하하는 구슬의 낙하시간을 측정하여 중력가속도를 측정한다.

2. 사용기기
구슬투하장치
디지털 포토 게이트 타이머 시스템
구슬


3. 실험이론

물체가 떨어지는데 공기저항을 무시하면 생각할 수 있는 힘은 중력뿐이다. 자유낙하는 떨어지는 물체에 작용하는 중력 외에는 작용하는 힘이 없는 상태이다. 그리고 떨어지는 물체의 크기와 무게는 다르지만 거의 같은 가속도를 가지고 떨어진다. 여기서 물체에 작용하는 중력가속도는 다음과 같다.

두 물체가 있는 경우 상대편에 서로 중력을 작용하는데, 두 물체의 질량 (m₁과m₂)의 곱에 비례하고 거리(r)의 제곱에 반비례한다는 뉴턴의 만유인력의 법칙이 있다.
『 』
여기서 비례상수 ( G=6.673×)는 만유인력상수이다. 그리고 지구 표면 가까이 있는 물체의 경우, 물체와 지구 중심과의 거리를 지구의 평균반지름 로 놓아도 될 것이다. 지구의 질량은 이다. 따라서 질량 m 인 물체가 지구 표면 가까이 있으면 무게는 다음과 같다.

여기서 을 중력장의 크기 즉, 중력가속도(이다.
에서



으로, 지구 표면 가까이 있는 물체는 가속도가 중력가속도 g 가 된다.
그리고 시간에 따른 속도는 가 된다. 그리고 시간을 적분한 것은 이 시간에 따른 이동거리가 되므로 이 식을 적분하면


이 된다.




7. 결과고찰

구슬을 떨어뜨린 후 구슬이 낙하하는 시간을 관측하고 이를 이용해서 중력 가속도를 측정하는 실험을 하였다. 처음에 구슬 7g과 12g 두 개를 준비했는데 12g 구슬이 구슬투하장치의 파워를 최대로 해도 붙질 않아 7g보다 무게가 작은 물체와 7g 구슬 이렇게 두 개로 실험을 대체 하였다.

실험에서 정확한 결과를 얻기 위해 구슬투하장치의 수평을 맞추는 것과 구슬을 떨어뜨리는 높이에도 유의해야 할듯하다.
구슬투하장치의 수평을 맞췄을 때와 안 맞췄을 때의 차이는 관측을 하면서 쉽게 알 수 있었다. 첫 번째 실험에서 구슬투하장치의 수평을 맞추지 않고 실험을 하였는데 수평을 맞추지 않고 구슬을 떨어뜨리면 구슬 받이판 중앙에 구슬이 떨어지지 않았다. 그래서 디지털 게이트 타이머가 인식을 잘 하지 못해 시간 측정에 어려움이 많았다. 특히 낙하거리가 길어질수록 구슬이 밖으로 튀어나가기 일수였다. 두 번째 실험부터는 첫 번째 실험이 끝나고 해주신 교수님 말씀을 듣고 수평을 맞춰보았다. 구슬투하장치의 수평을 맞추니 구슬이 대부분 구슬 받이판 중앙에 떨어졌고 시간을 쉽게 측정할 수 있었다.
그리고 구슬투하장치 받이판과 구슬이 떨어지는 높이를 고려해서 측정해야 정확한 값을 얻을 수 있을듯하다.

실험결과 물체의 무게는 떨어지는 시간 즉 중력 가속도와 상관이 없는 듯 했다.

대신 물체가 떨어지는 높이에 따라서 시간 차이가 간격을 보였다. 실험결과 표1에서 보는 것과 같이 구슬을 떨어뜨리는 높이가 높을수록 시간이 증가함을 관찰할 수 있다. 이는 구슬이 떨어지면서 자유낙하 운동을 하므로 항상 같은 중력가속도 g를 받으므로 속도가 시간에 따라 일정한 비율로 증가하기 때문인 듯하다.

참고자료

· 일반물리학 및 고급실험