물리학실험 - 시지프스의 고민

소개

S대학교 물리학 실험 수업 `실험 3. 시지프스의 고민` 레포트입니다.

목차

1. 실험목적
2. 실험 기구 및 장치
3. 배경이론
4. 실험방법
5. 실험 결과
6. 결과 토의

본문내용

1. 실험목적
자연계(고립된 계)의 에너지는 그 양이 시간에 따라서 변화하지 않고 보존된다. 그러나 에너지의
형태는 여러 가지가 있을 수 있으므로, 어느 한 형태의 에너지만 보면 다른 형태로 바뀌는 경우에는
마치 소멸되는 것처럼 보일 뿐이다.
지구중력하에서 움직이는 물체의 운동을 다루는 경우에 관계되는 에너지는 중력 퍼텐셜에너지와
운동에너지로서 이 둘의 합을 역학적에너지라고 부르며, 이 역학적에너지가 보존되는 계를 보존계
(conservative system)라고 부른다. 물체의 운동에 쓸림(friction)이 개재되어 있는 경우에는 역학적
에너지는, 쓸림에 의해서 소리나 열 등 다른 에너지의 형태로 바뀔 수가 있기 때문에, 시간이 지남에
따라서 줄어든다. 이 실험에서는 지구의 중력하에서 운동하는 물체의 운동에너지와 퍼텐셜에너지
사이의 변환관계와 역학적에너지의 보존을 살펴보고 쓸림에 의한 효과를 탐구한다.

2. 실험 기구 및 장치
․ 빛살문(photogate) 계시기 (1) ․ 직선(원형)궤도 (1)
․ 고무공 (1) ․ 쇠공 (1)
․ 1 m 자 (1) ․ 직선(원형)궤도용 놓임대(스탠드) (2)
․ 마이크로미터(micrometer) (2, 공용) ․ 팔저울 (2, 공용)

3. 배경이론
중력과 같이 서로 떨어져 있는 물체사이에 작용하는 힘을 이해하는 방법으로 한 물체 주위의 공간에 형성된 중력마당을 생각하고, 이 마당이 다른 물체에 힘을 미치는 것으로 생각한다. 중력마당에 의한 물체의 가속운동은 중력마당내에서 물체가 갖는 퍼텐셜에너지(potential energy)에 의한 것으로 간주한다. 즉, 퍼텐셜에너지는 운동에너지로 바뀔 수 있는, 또는 일을 할 수 있는 능력을 의미한다.
편리한 표준위치(예: 지구표면)를 택하고, 그 표준위치에서의 퍼텐셜에너지를 임의의 편리한 값(예: U지구표면 = 0)으로 정하면, 높이 h 인 곳에서 이 물체의 중력퍼텐셜에너지는
U = mgh (1)
가 된다. 이 퍼텐셜에너지를 구하는 과정에서 이미 물체의 역학적에너지
E = T + U = 1/2 mv2 + mgh (2)
이 일정하게 유지되는 것을 사용하였기 때문에 역학적에너지의 보존은 자동적으로 만족된다.
이제 쇠공과 같은 강체가 경사진 면을 따라서 직선으로 굴러 내려오는 경우를 생각해보기로 한다.
강체의 운동에너지는 질량중심의 나란히옮김(병진) 운동에너지와 질량중심을 지나는 축에 대한
제돌기 운동에너지의 합이 된다. 질량이 m, 반지름이 r, 중심의 이동속력이 v 인 공의 운동에너지는

참고자료

· 없음