일반물리실험 결과보고서 양식< 이상기체 법칙 >서론-실험 목적이상기체의 특징을 알아보고, 이상기체의 몰수를 구하며, 보일의 법칙, 샤를의 법칙, 게이 뤼삭의 법칙, 이상기치 방정식을 실험으로 알아본다.-배경 이론(1) 이상기체 방정식PV=nRT (R=8.31J/mol BULLET K)(2) 보일의 법칙P_1 V_1 =P_2 V_2(3) 샤를의 법칙{ V_1} over { T_1}= { V_2} over {T_2 }(4) 게이-뤼삭 법칙{ P_1} over { T_1}= { P_2} over {T_2 }실험 방법-실험 장치850인터페이스, 이산기체주사기, 절대압력/온도센서, 캡스톤 소프트웨어-실험 방법1)이상기체 법칙1. 서미스처의 스테레오 잭을 절대압력 온도센서의 온도 포트에 연결한다.2. 절대압력/온도 센서를 인터페이스의 단자에 연결한다.3. 튜브의 흰색 커넥터를 분리한 상태에서 처음 위치40ml위치에 주사기를 맞춘 다음 커넥터를 다시 연결한다.4. 기록을 시작한 다음 플린저를 빠르게 눌러 주사기 내부의 기체를 압축시킨다. 기록에서 나타난 압력과 온도가 일정해질 때까지 기다린다.2)보일의 법칙1. 커넥터를 떼어내고 주사기를 50ml에 맞추고 튜브를 다시 연결한다.2. 기록을 하여 초기 압력을 기록한다. 체적을 5ml줄여서 압축시키고 온도가 평형 상태에 도달하면 압력을 기록한다.3. 5ml씩 바꾸어 가면서 측정을 반복한다.실험 결과1) 이상기체 법칙측정횟수부피(V)(ml)절대압력(P)(kPa)온도(T)(K)n(= {PV}over{RT})130100.43031.2 times10^-622142.5305.51.2 times10^-628106.5302.81.2 times10^-6235100.6301.81.4times10^-622164.3310.51.4times10^-633106.7301.81.4times10^-6340100.4302.21.6times10^-622187.1313.81.6times10^-637107.83021.6times10^-6445100.4303.21.8 times10^-622205.8318.11.8 times10^-641.5108.2303.11.8 times10^-6550100.6303.72 TIMES 10 ^{-5}22234.3320.32 TIMES 10 ^{-5}46109.1303.32 TIMES 10 ^{-5}2) 보일의 법칙측정 횟수주사기 부피(ml)절대압력(kPa)온도(DEG C)15010130.6245112.330.7340124.930.8435141.430.8530160.930.7625188.630.1측정 횟수주사기 부피(ml)절대압력(kPa)온도(DEG C)150101.230.7245111.630.8340124.930.8435141.730.8530163.430.8625192.630.9분석 및 토의-실험 결과이상기체 실험에서 처음으로 측정한 결과로 계산 했을 때 부피가 30ml 때는{100.4` TIMES 30 times10^-3}over{8.31 times 303}=1.2 times 10^-6이고, n은 일정하다는 것을 알 수 있다. 또한 부피 5ml씩 늘려가면서 기록할 때마다 n 또한 일정하게 증가했다는 것을 알 수 있다.보일의 법칙에서는 온도가 일정할 때 부피가 감소하면 절대압력은 증가하는 것에서 압력은 부피에 반비례하는 것을 알 수 있다.
일반물리실험 결과보고서 양식< 운동량과 충격량 >서론-실험 목적1차원 트랙에서 운동하는 두 물체의 출동 실험을 통하여 선운동량 보존 법칙과 충격량을 이해한다.-배경 이론운동량은 물체의 질량과 속도의 곱으로 정의되는 벡터양으로vec {p }=m vec {v} 이다.충격량은 한 물체에 일정한 힘 F를 작용하여 그 물체의 운동 상태를 바꿀 때 일정시간동안 가해진 충격의 정도를 나타내며, 가해진 힘(충격량)과 그 힘이 작용한 시간 (t)의 곱으로 구할 수 있다.I=F DELTA t이다.충격력(N)은{mv-mv _{0}} over {TRIANGLE t} 이다.실험 방법-실험 장치운동센서, 힘 센서, 액세서리 받침대, 동역학 카트, 동역학트랙-실험 순서1. 캡스톤과 카트를 킨 다음 카트를 캡스톤에 연결한다.2. 두 개의 카트의 플런저를 넣고 정지한 상태로 트랙위에 마주보게 둔다. 빨간색의 플런저가 튀어나오게 하여 운동을 기록한다. 위 실험방법을 파란 카트 위에 250g의 막대 두고 한번 더 실험한다.3. 파란 카트를 중앙에 두고, 빨간 카트를 트랙의 한쪽 끝에 둔다. 기록을 시작하고 빨간 카트를 밀어 파란카트와 충돌하고 난 후 기록한다.4. 후크 나사를 제거하고 대신 자석 범퍼를 설치하고, 파란 카트를 중앙에 두고 빨간 카트를 트랙의 한쪽 끝에 둔다. 기록을 시작하고 빨간 카트를 밀어 파란카트와 충돌하고 난 후 기록한다.5. 힘 센서의 자석 범퍼를 완충 스프링으로 교환한 후, 기본위치에서 실험과정을 다시 반복한다.실험 결과 A. 분열 - 같은 질량의 카트실험횟수카트질량(kg)속도(m/s)운동량(kg m/s)운동량의 합1빨간색카트0.250.7410.185-0.043파란색카트0.25-0.911-0.2282빨간색카트0.250.7760.194-0.033파란색카트0.25-0.906-0.2273빨간색카트0.250.8150.204-0.023파란색카트0.25-0.906-0.227 B. 분열 - 서로 다른 질량의 카트실험횟수카트질량(kg)속도(m/s)운동량(kg m/s)운동량의 합1빨간색카트0.250.990.248-0.021파란색카트0.5-0.5370.2692빨간색카트0.250.9600.24-0.033파란색카트0.5-0.545-0.2733빨간색카트0.250.9260.232-0.045파란색카트0.5-0.553-0.277 C. 완전 비탄성 충돌 ? 같은 질량의 카트실험횟수카트질량(kg)충돌전 속도(m/s)충동후 속도(m/s)충돌전 운동량(kg m/s)충돌후 운동량(kg m/s)충돌전 운동량의 합충돌후 운동량의 합오차(%)1빨간색 카트0.250.4450.2170.1110.0540.1110.1082.7파란색 카트0.2500.21700.0542빨간색 카트0.250.3770.180.0940.0450.0940.094.3파란색 카트0.2500.1800.0453빨간색 카트0.250.4870.2340.1220.0590.1220.1183.3파란색 카트0.2500.23400.059 D. 완전 비탄성 충돌 ? 다른 질량의 카트실험횟수카트질량(kg)충돌전 속도(m/s)충동후 속도(m/s)충돌전 운동량(kg m/s)충돌후 운동량(kg m/s)충돌전 운동량의 합충돌후 운동량의 합오차(%)1빨간색 카트0,250.4090.1330.10.030.10.10파란색 카트0.500.13300.072빨간색 카트0.250.3020.0940.080.0240.080.07111파란색 카트0.500.09400.0473빨간색 카트0.250.420.1370.10.0340.110.1036파란색 카트0.500.13700.069 E. 탄성 충돌 ? 같은 질량의 카트실험횟수카트질량(kg)충돌전 속도(m/s)충동후 속도(m/s)충돌전 운동량(kg m/s)충돌후 운동량(kg m/s)충돌전 운동량의 합충돌후 운동량의 합오차(%)1빨간색 카트0,250.6700.18100.1810.1753.3파란색 카트0.2500.64800.1752빨간색 카트0.250.51700.1400.140.1362.9파란색 카트0.2500.50300.1353빨간색 카트0.250.63400.17100.1710.1653.5파란색 카트0.2500.61200.165 F. 탄성 충돌 ? 다른 질량의 카트실험횟수카트질량(kg)충돌전 속도(m/s)충동후 속도(m/s)충돌전 운동량(kg m/s)충돌후 운동량(kg m/s)충돌전 운동량의 합충돌후 운동량의 합오차(%)1빨간색 카트0,250.4-0.1120.11-0.030.110.110파란색 카트0.500.26400.142빨간색 카트0.250.374-0.1070.1-0.030.10.1110파란색 카트0.500.26400.143빨간색 카트0.250.599-0.170.16-0.050.160.160파란색 카트0.500.39700.21 실험 2: 충격량실험 횟수카트의 질량충돌전 속도충돌후 속도충돌전 운동량충돌후 운동량충돌전후운동량의 전후충격에 걸린 시간충격력10.250.411-0.3570.103-0.0890.1920.151.2820.250.453-0.4070.113-0.1020.2150.1251.7230.250.548-0.4840.137-0.1210.1370.1251.1분석 및 토의-실험 결과운동량의 보존법칙이 적용하는지 알아보기 위해 충돌 실험을 하였다. 우선, 완전 탄성 충돌은 물체가 충돌했을 때 에너지 손실이 없으며 운동량과 에너지가 보존되는 경우를 말하고, 완전 비탄성 충돌은 충돌하는 물체가 서로 달라붙어 충돌 후 같이 움직이면서 에너지 손실이 있으나 운동량은 보존되는 경우를 말한다. 그리고 카트가 물체에 미치는 충격량이 커질수록 카트의 운동량 변화는 커지게 된다. 하지만 이론과 달리 오차가 조금씩 생겼다는 것을 알 수 있다.
일반물리실험 결과보고서 양식< 구심력 >서론-실험 목적등속 원운동하는 물체의 각속도, 구심사속도와 구심력을 측정한다.-배경 이론반지름이 r인 원에서 호의 길이 s와 각도theta사이의 관계는 라디안의 정의에 의해 다음과 나타낼 수 있다.theta = s over r 물체의 질량, 속도, 각속도와 회전 반경에 따른 구심력의 크기는 다음과 같다.F _c =ma_c = mv^2 over r ={4 pi^2 mr }over T^2실험 방법-실험 장치무선 힘/가속도 센서, 질량체 고정 부품과 힘/가속도 센서 고정용 봉, 질량체, 회전대, 줄, 수준기, 캡스톤 소프트웨어-실험방법1. 수평을 맞춘 회전대에서 무선힘/가속도 센서 마운팅 로드를 선치한다.2. 무선 힘센서의 전원 버튼을 누른 후, hardware setup에서 무선 힘/가속도 센서를 선택하여 캡스톤 소프트웨어에 연결한다.3. 회전대의 중심축을 손으로 잡고 5~6회 돌립니다.4. 손을 떼고 record 누르고, 각속도가 점점 감소하는 동안 구심가속도의 변화를ㄹ 실험합니다.5. 센서를 회전대의 중간 지점으로 옮겨 회전 반지름을 감소시킵니다.6. 3-4번의 과정을 반복한다.1. 센서후크의 끝 부분이 회전대 윗면의 눈금0에 오도록 위치를 조정하고, 센서 마운팅 로드를 조여 고정합니다.2. 약30cm 길이의 줄 한쪽 끝을 센서 후크에 묶고 다른 한쪽 끝은 질량체 고정부품에 dururf한다.3. 고정부품에 질량체를 고정시킨다.4. 중심축을 10~15회 회전시키고 측정을 시작한다.5. 질량체를 추가하여 위 방법을 반복한다.실험 결과회전 반경(실험 값)R(m)회전 반경(맞춤에서 구한 값)r(m)오차율(%)0.20.2010.5%0.10.0991.01%질량체와 고정부품의 질량(실험 값)m(kg)회전 반경(실험 값)r(m)질량x회전반경(실험 값)mr(kg BULLET m)질량x회전반경(맞춤에서 구한 값)MR(kg BULLET m)오차율(%)0.0650.20.013
일반물리실험 결과보고서 양식< 힘의 합성 >힘의 평행을 이해하고, 한 점에 작용하는 여러 힘이 평형을 이루게 하여 힘의 합성과 분해를 이해하기 위한 실험을 진행하였다.먼저 앞서서 이 실험을 하기 위해 배경이 되는 힘의 평형은 한 물체에 작용하는 알짜 힘이 0인 상태로, 물체의 운동이 변하지 않는 것을 말한다. 이때 세 힘의 평형 조건은 두 힘의 합력이 나머지 한 힘과 크기가 같고 방향이 반대이어야 한다.피타고라스 정리를 이용하여 합력의 크기를 구할 수 있다.F _{AB} ^{ 2}=(F _{A}+F _{B})^{2}=F _{A}^{2} +F _{B}^{2} +2F _{A} F _{B} cos theta THEREFORE F _{AB} = sqrt {F _{A}^{2}+F _{B}^{2}+2F _{A}F _{B}cos theta }힘{vec{F` _{A}} 에 대한 합력vec { F _{AB}}의 방향은 다음과 같다.tan phi = {F` _{B}sin theta } over {F _{A}+F _{B}cos theta}THEREFORE phi =tan ^{-1} ( {F` _{B}sin theta} over {F _{A }+ F _{B}cos theta ) 실험하기 위해서 합성대, 원형고리, 추걸이, 수평계, 다양한 무게의 추, 그래프 용지, 자와 같은 준비물이 필요한다. 실험과정은 합성대의 조정 나사를 이용해 수평 조절을 한 후 눈금 원판에 수준기를 놓아 수평 확인을 한다. 도르래가 잘 움직이는지 확인한다. 그리고 하나의 추걸이를 눈금 원판의0DEG에 고정시키고 임의의 추를 올린다. 추걸이와 추의 질량을 기록하고 실험 결과를 비교하기 위해 고정된 추걸이를F_{ A}라 한 후에, 나머지 두 개의 추걸이에 적당한 추를 올리고, 세 힘이 평형 상태가 되도록 한다. 추걸이와 추의 칠량 및 힘을 기록한다. 두 힘vec { F _{A}}와vec { F _{B}}를 평행사변형법으로 합성하고, 합력vec { F _{AB}}와vec { F _{C}}를 비교한다.실험 결과로는?F _{A}F _{B}F _{AB}F _{C}각도0DEG142.5 DEG52.74 DEG234 DEG추걸이와추의 질량(kg)0.1kg0.08kg0.06kg0.06kg힘(F=mg)0.980.780.590.59F` _{AB}의 각도 =tan ^{-1} ( {0.78sin142.5} over {0.98+0.78cos142.5} ) = 52.74 이고,F` _{AB}의 힘 =sqrt {(0.98) ^{2} +(0.78)^{2}+2 TIMES0.98 TIMES 0.78 cos142.5 DEG } = 0.59 이다.F` _{AB}의 질량은0.59 DIVIDE 9.8=0.06 이다.또한 질량과 힘의 오차율(%)(LEFT | {측정값-이론값} over {이론값} RIGHT |TIMES100)은 각각 약0%로 나타난다.두 번째 실험 결과로는?F _{A}F _{B}F _{AB}F _{C}각도0DEG135 DEG77.49 DEG257 DEG추걸이와추의 질량(kg)0.13kg0.15kg0.108kg0.11kg힘(F=mg)1.271.471.061.08F` _{AB}의 각도 =tan ^{-1} ( {1.47sin135 DEG } over {1.27+1.47cos135 DEG } ) = 77.49 이고,F` _{AB}의 힘 =sqrt {(1.27) ^{2} +(1.47)^{2}+2 TIMES1.27TIMES1.47TIMEScos135 DEG }=0.106 이다.F` _{AB}의 질량은1.06DIVIDE9.8=0.108 이다.질량에서의 오차율은 1.86% 이고, 힘에서의 오차율은 1.89% 이다.세 번째 실험 결과로는?F _{A}F _{B}F` _{AB}F _{C}각도0DEG100DEG62.19DEG242DEG추걸이와추의 질량(kg)0.09kg0.13kg0.14kg0.15kg힘(F=mg)0.881.271.411.47F` _{AB}의 각도 =tan ^{ -1}( { 1.27sin100 DEG} over { 0.88 +1.27 cos100DEG} ) = 62.19 이고,F` _{AB}의 힘 =sqrt { (0.88)^{2}+(1.27)^{2}+2TIMES0.88TIMES1.27TIMEScos100DEG} = 1.41 이다.F` _{AB}의 질량은1.41DIVIDE9.8 = 0.14 이다.질량에서의 오차율은 7.14% 이고, 힘에서의 오차율은 4.25% 이다.따라서 중앙의 고리와 추를 이용하여 힘의 분산과 합성을 알아보기 위해 힘의 평형장치를 이용하여 실측한 뒤, 오차 계산을 하였더니 그 결과 벡터의 합이 0이 되지 않았다. 여기서 오차가 발생한 것을 알았고, 오차가 나타날 수 있는 원인은 책상과 합성대가 평행하지 않을 수 있고, 각도를 정확하게 읽지 못했을 수도 있다. 그 밖에도 추에 적힌 무게가 정확하지 않거나 고리가 중심에 알기 힘들다는 점이 있다.
일반물리실험 결과보고서 양식< 힘과 가속도 >서론-실험 목적물체에 작용하는 힘과 가속도의 관계를 알아보고, 힘이 일정할 때 가속도와 질량의 관계를 관찰한다.-배경 이론물체의 가속도a는 작용하는 알짜힘 F에 비례하고물체의 질량m에 반비례한다.a= F over m 질량이m _1인 카트와 질량m_2인 추가 도르래에 걸쳐진 가벼운 줄로 연결되어 있을 때 가속도 a는a= {m_2 g}over{m_1 +m_2}이고,장력 T는T= {m_1 m_2 g}over{m_1 +m _2}이다.카트에 작용하는 힘N은카트 질량TIMES `가속도 이다.실험 방법-실험 장치실험 기구특징 및 비고스마트 카트이동거리, 속도 등을 측정하고, 수집된 데이터는 블루투스를 통하여 무선으로 컴퓨터에 전송한다.역학 트랙스마트 카트가 일직선 운동을 할 수 있게 한다.앤드 스톱스마트 카트가 트랙을 벗어나지 않게 한다.도르래카트와 추를 연결한 줄이 마찰 없이 운동할 수 있게 한다.고무줄 범퍼카트가 트랙 아래로 추락하지 않게 카트를 멈추는데 사용한다.끈과 카트 고리카트 고리에 연결하여 장력을 전달하는데 사용한다.추와 추걸이카트에 작용하는 장력을 조절하는데 사용한다.캡스톤 소프트웨어캡스톤 소프트웨어로 전송된 결과를 나타내거나 장치를 제어하는데 사용한다.-실험 순서힘과 가속도1) 트랙을 수준기를 이용하여 수평으로 맞춘다.2) 카트에 끈과 추걸이를 달아 트랙 위에는 카트를 두고 도르래 위에 끈이 잘 움직이도록 자리를 잡는다.3) 캡스톤 소프트웨어에서 힘과 가속도를 실행시킨다. 카트와 블루투스 연결을 시키고 측정을 한다.4) 카트에 추걸이를 포함한 총 10g을 건다.5) 카트를 트랙 중앙에 두고 측정 시작 버튼을 누르고 카트를 놓는다.6) 카트가 고무줄 범퍼에 도달하면 기록을 중지한다.7) 의미 있는 영역만 선택하여 기울기 값을 표에 기록한다.8) 5g씩 추가하여 실험을 반복하고 기록한다.9) 카트 위에 질량이 250g인 질량 막대를 추가하여 위 실험 과정을 반복한다.실험 결과힘과 가속도< 표 1 > 카트의 가속도카트의 질량(kg)0.251횟수추의 질량(kg)카트의가속도(m/s` _{2})카트에 작용하는 힘(N)줄의 장력(N)10.010.310.080.0920.0150.480.120.1430.020.650.160.1840.0250.800.200.2250.030.970.240.26< 표 2 > 질량 막대가 추가된 카트의 가속도카트와 질량막대의 질량(kg)0.501횟수추의 질량(kg)카트의가속도(m/s` _{2})카트에 작용하는 힘(N)줄의 장력(N)10.010.1340.0670.1020.0150.2350.1180.1430.020.3180.1590.1940.0250.4100.2050.2350.030.4930.2470.28분석 및 토의-실험 결과첫 번째로 카트와 추를 이용하여 실험하였는데, 추의 질량을 0.01로 계산 했을 때 카트의 가속도는 a={0.01 times9.8}over{0.251 +0.01}=0.31이고, 카트에 작용하는 힘은0.251 TIMES 0.31=0.08이다. 또한 줄의 장력은{0.01 times 0.251times9.8}over{0.01+0.251}=0.09이다. 배경 이론을 이용하여 추의 질량이 변화할 때 카트의 가속도와 카트에 작용하는 힘, 줄의 장력을 위와 같은 방법으로 구한다.두 번째에서는 카트에 250g인 질량막대를 올리고 실험하였는데, 두 번째에서도 추의 질량이 0.01일 때로 계산했을 때 카트의 가속도는
