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일반 물리 및 실험 정지마찰계수측정

실 험 제 목 : 정지마찰계수 측정1. 실험 목적과 배경 이론1.1 실험 목적뉴턴의 운동법칙을 통하여 두 물체의 접촉면 사이에 작용하는 정지마찰계수를 측정한다. 그리고 물체의 질량이 정지마찰계수와 어떤 관계를 갖는지 알아본다.1.2 배경 이론-마찰력이란 물체가 어떤 다른 물체의 표면과 접촉한 상태에서 운동할 때 그 운동을 방해하는 힘을 말한다. 마찰력의 크기는 물체와 표면의 접촉상태에 따라 달려지는데 이 표면에 따른 마찰계수를 마찰계수라고 하며mu 로 표현한다. 물체에 힘을 가했을 때 표면과 접촉한 상태에서 움직이지 않을 때 운동을 방해하는 힘을 정지마찰력이라 하며 물체가 운동 중에 운동을 방해받는 힘을 운동마찰력이라한다 또 마찰계수 역시 정지마찰계수와 운동마찰계수로 나눠진다.-수직항력이란 물체가 면 위에 있을 때, 면 위 물체를 면의 수직방향으로 떠받드는 힘을 말한다.-정지마찰력: 정지해 있는 물체에 힘을 어떤 값 이상으로 주지 않으면 물체가 움직이지 않는다. 이것은 바닥면과 물체 사이에 마찰력이 작용하여 알짜힘이 0이 되어 물체가 평형상태에 이르렀기 때문이다. 이때 마찰력을 정지 마찰력이라 부른다. 정지 마찰력은 물체를 움직이게 하려고 접촉면에 수평으로 힘을 가할 때부터 생긴다. 또한 정지 마찰력은 물체와 접촉면에 따라 다르게 작용하고, 물체가 운동하는 방향과 정 반대 방향으로 물체에 작용한다.`그림을 보면 우선 각도가theta 만큼 작용한 다는 것을 알 수 있다. 그리고 책이 놓여 있는 경우에 이 책과 빗면 사이의 수직항력은 중력이 두 개의 성분으로 나누어 졌을 때 빗면에 수직한 방향으로 작용하는mg`cos theta 만큼이 수직항력으로 작용한다는 사실을 알 수 있다.또한 중력의 빗면에 수평 방향으로mg`sin theta 만큼의 힘이 작용한다는 사실을 알 수 있으며 그것에 대한 정지마찰력이mu _{s}만큼 작용한다는 것을 알 수 있다. 그래야 이 물체가 움직이지 않고 정지해 있는 상황이 될 것이다. 그림을 보아 수직항력 N의 힘의 크기가mg`cos theta 와 일치하고,mg`sin theta 는 정지 마찰력과 같다. 이 두식은 합력이 0이 된다는 식에서부터 나왔다. 이것을 정리하면f _{s} =mg`sintheta=mu _{s} N= mu _{s} mg`costheta 이러한 식이 나온다.또한 이 식을 통하여mu _{s} =tantheta _{c} 정지마찰계수를 구할 수 있게 된다.2. 실험 방법1.준비물을 준비한다. 준비물은 Appendix에 사진을 첨부하였다.2.모는종이를 아크릴판에 끼우고 동전을 놓을 위치를 표시한다.3.아크릴판의 모서리를 두꺼운 책에 맞추어 고정시켜 준다.4.tollbox 어플을 실행시키고 휴대폰을 아크릴판에 고정한다.5.spirit level에 들어가 영점을 맞춰준다.6.표기지점을 가리지 않게 동전을 놓고 아크릴판의 한쪽을 천천히 들어올리며 동전이 움직이는 각도를 측정한다.3. 실험 결과와 토의표 1.각도 측정결과 병뚜껑+500원 1개, 병뚜껑+500원 2개, 병뚜껑+500원 3개, 100원 1개, 500원 1개 순으로 각도가 큰 값이 나왔다. 아크릴 판을 손으로 드는 방식으로 실험을 진행하다보니 아크릴 판을 드는 속도에 따라 각도의 크기가 달라졌다. 천천히 아크릴판을 들어주어야 하는데 일정한 속도로 실험을 진행하기엔 어려움이 있었다. 또한 동전이 움직이기 시작했을 때의 각도를 측정해야하는데 움직이는 순간의 각도를 바로 읽지 못하여 실제 결과랑은 조금씩 다른 값이 나왔다. 따라서 생각보다 표준편차가 큰 값이 나왔다. 만약 수동으로 각도를 재는 것이 아니라 자동으로 각도를 재주는 실험기구가 있었다면 오차 값이 더 줄었을 것이다. 측정 횟수각도100원 1개500원 1개병뚜껑 + 500원 1개병뚜껑 + 500원 2개병뚜껑 + 500원 3개111.9°9.3°12.9°12.5°11.8°212.2°9.7°14.1°13.7°13.9°311.4°9.9°13.4°13.0°12.5°411.5°9.0°12.9°13.1°13.4°510.9°9.5°13.8°12.5°11.7°평균11.6°9.5°13.4°13.0°12.7°표준편차0.4450.310.4790,4450.869정지마찰계수표준편차100원 1개0.2050.00792500원 1개0.1670.00583병뚜껑 + 500 원 1개0.2380.00887병뚜껑 + 500 원 2개0.2310.00816병뚜껑 + 500 원 3개0.2250.0158표.2정지마찰계수 역시 각도측정 결과와 같은 순으로 결과가 나왔다. 정지 마찰계수는mu _{s} =tantheta _{c} 이 식에 평균 각도를 대입해서 구했으며 정지마찰계수의 표준편자는 표.1에서 나온 모든 결과 값의 정지마찰계수를 구하여 표준편차 구하는 공식으로 계산하였다.

자연과학| 2023.05.17| 3페이지| 1,500원| 조회(138)

물리, 물리보고서, 대학교, 일반물리및실험

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일반 물리 및 실험 Sparkvue

1. 자유낙하실험 1.1 자유낙하실험 Sparkvue 측정 결과1.2 각 구간에 대한 분석1) 핸드폰이 손을 떠난 시각은 언제인가?0.556s2) 핸드폰이 손에 다시 떨어진 시각은 언제인가?1.277s3) 핸드폰이 자유낙하하는 동안 측정된 가속도 값은 얼마인가?0 m/s^22. 소리의 측정2.1 소리 Sparkvue 측정 결과

자연과학| 2023.05.17| 1페이지| 1,500원| 조회(110)

물리, 물리보고서, 대학교, 일반물리및실험

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일반 물리 및 실험. 직류회로

실험 5. 직류회로1. 실험목표? 저항을 직렬과 병렬회로에 연결했을 때 전류를 확인한다.? 저항을 직렬과 병렬회로에 연결했을 때 전압을 확인한다.? 등가 저항을 계산하고 실험값과 비교한다.2. 배경이론? (YOUNG) Chapter 26.1 참고? (Giancoil) Chapter 19.2 참고가. 합성저항= 1+ 2+?+ (직렬연결)(병렬연결)1 23. 실험도구컴퓨터, 인터페이스, 인터페이스 연결케이블, 센서 연결케이블 3 개, 전원 공급장치, 회로 조립판 (빵판),전압 센서, 전류 센서 2 개, 집게전선 2 개, 점퍼와이어 5 개, 저항(10 Ω 2 개, 51 Ω, 68 Ω 각 1 개),USB 플래시 드라이브.4. 실험방법가. 실험 1. 직렬 연결1. 인터페이스 연결케이블을 이용하여 인터페이스와 컴퓨터를 연결한다.2. 센서 연결케이블을 이용하여 전압 센서와 전류 센서를 인터페이스에 연결한다. 채널은 상관 없다.3. Excel 프로그램을 실행하고, [실험설정] → [채널설정]에서 전압 센서와 전류 센서가 연결되었 는지 확인한다.4. [실험설정] → [센서설정]으로 들어가서 센서교정의 [교정하기]를 누른다. [교정]을 누른 후 [닫 기]를 누른다. 이 때, 두 센서 모두 영점을 설정해야 한다.5. [실험설정] → [입력설정] 에서 [측정간격]을 0.05초로 바꾼다.6. 10 Ω 저항 2 개를 이용하여 ‘그림 5-1’의 회로도를 회로 조립판(빵판)에 구성한다.※ 전류 센서와 전압 센서의 방향에 유의하여 연결한다.그림 5 - 17. 전류 조절 다이얼은 중간까지 돌려놓고, 전압 조절 다이얼은 왼쪽 끝까지 돌아가 있는지 확인 한 후에 전원 연결장치를 켠다.8. [실험시작]을 누른다. 전압 조절 다이얼을 돌려서 약 2 V가 되도록 전압을 조절한다. 전압 센 서로 측정한 값을 기준으로 한다. 전압을 맞게 설정하면 [실험중지]를 누른다.9. 새로 설정한 전압에서 전류를 측정하기 위하여 다시 [실험시작]을 누른다.10. 다이얼을 더 이상 움직이지 않고, 이 상태에서 전류와 전압을 측정한다. 10개 이상의 데이터 가 나오면, [실험중지]를 누른다. 평균값을 구하여 데이터 테이블에 적는다.11. ‘그림 5-2’처럼 전압 센서의 위치를 바꿔서 1의 전압과 전체 전류를 측정한다.그림 5 - 212. 마찬가지로 전압 센서의 위치를 바꿔서 2의 전압과 전체 전류를 측정한다.13. 10 Ω과 51 Ω 저항을 이용하여 과정 6-11를 반복한다. 전압은 약 2 V로 한다.14. 10 Ω과 68 Ω 저항을 이용하여 과정 6-11를 반복한다. 전압은 약 2 V로 한다.※ 실험을 다시 시작하기 전에 반드시 센서를 교정해야한다.나. 실험 2. 병렬 연결1. 10 Ω 저항 2개가 병렬 연결이 되는 회로를 회로 조립판(빵판)에 구성한다. ‘그림 5-3’과 같이 전체 전류와 전압을 측정할 수 있도록 전류 센서와 전압 센서를 연결한다.그림 5 - 32. 전류 센서와 전압 센서를 교정한다.3. 전류 조절 다이얼은 중간까지 돌려놓고, 전압 조절 다이얼은 왼쪽 끝까지 돌아가 있는지 확인 한 후에 전원 연결장치를 켠다.4. [실험시작]을 누른다. 전압 조절 다이얼을 돌려서 약 2 V가 되도록 전압을 조절한다. 전압 센 서로 측정한 값을 기준으로 한다.5. 이 상태에서 전체 전류와 전체 전압을 측정하고 [실험중지]를 누른다. 전류와 전압의 평균값을 구하여 데이터 테이블에 적는다.6. 전류 센서를 1개 더 이용하여 ‘그림 5-4’의 회로도를 구성한다.그림 5 - 47. 각 저항의 전류를 측정하여 데이터 테이블에 적는다.8. 10 Ω과 51 Ω 저항을 이용하여 과정 1-7을 반복한다. 전압은 약 2 V로 한다.9. 10 Ω과 68 Ω 저항을 이용하여 과정 1-7을 반복한다. 전압은 약 2 V로 한다.※ 실험을 다시 시작하기 전에 반드시 센서를 교정해야 한다. 실험 결과다. 실험 1[ ][ ][ ][ ][ ][ ][ ](측정값)[ ](이론값)오차율[%]10100.086821.99850.9941.01523.022015.110510.03362.01630.3291.68760.01611.610680.027842.0230.2661.75772.67786.8* (측정값)은 전류와 전압의 측정값을 이용하여 계산한다.라. 실험 2[ ][ ][ ][ ][ ][ ][ ](측정값)[ ](이론값)오차율[%]10100.410432.024750.204930.205174.9351.410510.247232.0440.202230.037838.278.361.110680.23462.0580.204120.03188.778.720.65. 결론? 직렬 회로와 병렬 회로에서 합성 저항 공식이 적용되는지 확인한다. 정확히 적용되지 않는다 면 그 이유를 설명하라.병렬회로 실험의 오차율을 보면 병렬 회로에서는 합성 저항 공식이 적용되었다. 하지만직력회로에서는 오차율이 크게 나온 것으로 보아 합성 저항 공식이 정확히 적용되지 않은것 같다. 그 이유는 직렬 회로의 경우 회로의 수가 증가할수록 저항 값도 증가하기 때문에열이 발생하는 등 손실이 생기기 때문이다.? 전압 센서와 전류 센서의 구조와 원리를 찾아본다. 전류계의 자체 저항은 매우 작고, 전압계 의 자체 저항은 매우 커야 하는 이유를 설명한다.전류센서는 교류전류 및 직류전류를 감지하는 센서이다. 전류를 감지하는 방법에는,도너츠 모양의 자심을 사용하여 1차 및 2차 코일을 자심에 감아 2차 전류를 측정함으로써1차 전류를 검지하는 변류기 방식과 전류에 의하여 생기는 자계 속에 홀 소자를 설치하여홀 전압을 측정함으로써 자계의 강도, 즉 전류의 강약을 검지하는 홀 소자방식,나아가서는 전류의 대소로 용단하는 시간이 다른 퓨즈방식 등이 있다.전압센서는 광학물질의 굴절률은 일반적으로 굴절률 타원체로 표시되지만, 이 물질에외부로부터 전계를 가하면, 그 굴절률은 변화한다(전기광학 효과). 여기서, 주굴절률의변화가 전계 강도의 1승에 비례하는 경우를 포켈스 효과라 하고, 2승에 비례하는경우를 커 효과라 한다. 이와 같은 현상을 이용한 센서를 전압(또는 전계)센서라 한다.병렬회로에서 전압은 일정하고 직류회로에서 전류가 일정하다. 따라서 전압계를 연결할때는 병렬로 연결해야 하고 전류계는 직렬로 측정해야 한다.우선 전류계의 저항이 매우 작아야하는 이유는 전류계의 저항이 작지 않으면 전류계자체가 측정하고자 하는 전류의 크기를 변화 시킬 것이기 때문이다. 또한 전압계의 저항이매우 커야하는 이유는 전압계의 저항이 크지 않으면 전압계 자체가 회로의 한 부분이 되어

자연과학| 2023.05.17| 6페이지| 1,500원| 조회(148)

물리, 물리보고서, 대학교, 일반물리및실험

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일반 물리 및 실험. 측정 보고서

제 출 기 한 : 2020. 04. 26(월) 18:00실 험 제 목 : 측정연습실 험 일 자 : 2020년 4월 22일1. 실 험 목 적- 측정도구의 사용법을 익히고 물체의 길이와 두께를 유효숫자를 이용하여 구한다.- 측정의 오차가 발생하면 결과에 어떤 영향을 주는지 알아본다.2. 서론 및 배경지식- 유효숫자모든 측정은 어느 정도의 불확실성을 갖는다. 측정에서 기록된 숫자들을 유효숫자라고 한다. 1. 0이 아닌 정수. 0이 아닌 정수는 항상 유효숫자로 계산한다.2. 0의 종류는 3가지가 있다.-자리수를 나타내는 0은 0이 아닌 숫자에 앞서는 0으로 유효숫자로 간주하지 않는다.(0.0025-유효숫자 2개)-0이 아닌 숫자 사이에 있는 0은 항상 유효숫자로 간주한다.(1068-유효숫자 4개)-수의 오른쪽 끝에 있는 0은 수가 소수점과 함께 쓰여 있을 때 만 유효하다.(100-유효숫자 1개, 100. -유효숫자 3개)3. 정확한수. 정확한 수는 계산에 있어 유효숫자의 개수를 제한하지 않는다.-측정의 보고‘측정결과= 측정값+불확도’불확도-불확실환 정도를 말하며 표준 편차나 표준 오차 등을 근거하여 가정한 확률 분포로부터 값을 결정한다.모든 측정에는 불확도가 존재한다. 측정 결과가 이론값과 일치하는지 다른 장치로 측정한 측정값이 같은지를 판단하기 위해서는 불확도를 알아야한다.표준편차-편차의 기댓값이며 편차는 평균과의 차이를 말한다. 표준편차는 분산에 제곱근을 취해 구할 수 있다.3. 실 험 방 법실험도구- 버니어 캘리퍼, 마이크로미터, 측정할 시료, 30cm자-버니어 캘리퍼버니어 캘리퍼는 어미자와 아들자로 나뉘며 단위는 보통 mm로 되어 있고 0.01mm 정도 까지 측정 할 수 있다. 어미자에서 1mm단위를 읽어오고, 아들자에서 1mm미만 단위를 읽어서 더해주는 원리이다.읽는 법은 다음과 같다.1.아들자의 0점 눈금이 어미자의 어디에 와있는지 읽는다.2.어미자와 아들자의 눈금이 일치하는 부분을 읽는다.-마이크로미터마이크로미터는 물체의 외경, 두께, 내경, 깊이 등을 마이크로미터 정도 까지 측정할 수 있는 기구이다. 버니어 캘리퍼스는 0.01mm 정도까지 측정이 가능한데 비해, 마이크로미터는 0.001mm 까지 측정이 가능하다. 마이크로미터에는 레치스톱이 있는데 레치스톱은 측정 압을 일정하게 해준다. 즉 일정한 압력 이상의 힘이 걸리면 공회전을 하면서 측정값을 최대한 정확하게 검출하도록 한다.읽은 법은 다음과 같다.1.앤빌과 스핀들 사이에 측정할 물체를 놓고 심블을 돌려 맞닿도록 한다.2.클램프를 돌려 고정시킨 후 눈금을 확인한다.3.마이크로미터의 눈금 읽기는 슬리브에 있는 1mm단위의 눈금을 먼저 확인한 후, 심블에 있는 0.01mm 단위의 눈금을 더한다.실험1.버니어 캘리퍼와 마이크로미터의 구조를 확인하고 사용방법을 익힌다.2.버니어 캘리퍼와 마이크로미터의 읽는 법을 익혀 측정값을 구한다.3.실험 결과 측정값을 적는다.4.측정을 5번 반복하여 불확도를 확인한다.-현재는 버니어 캘리퍼와 마이크로미터가 없어 30cm자로 실험을 대체한다.4. 실험 결과 및 토의과제.1 ? 21 번 슬라이드의 그림과 같이 버니어 캘리퍼를 이용하여 물체의 외경을 측정하였다. 이 때, 물체의 외격은 각각 얼마인가?1번-8.45mm2번-12.4mm과제. 2 ? 25 번 슬라이드의 그림과 같이 마이크로미터를 이용하여 물체의 두께를 측정하였다. 이 때, 물체의 두께는 각각 얼마인가?1번-7.37mm2번-9.42mm- 자율적인 실험대상1 설정(유효숫자 3 개)반복 횟수12345물체1(길이 or 높이)[m],[cm][mm]14.9cm15cm14.8cm14.9cm14.9cm- 자율적인 실험대상2 설정(유효숫자 3 개)반복 횟수12345물체2(길이 or 높이)[m],[cm][mm]8.60cm8.60cm8.50cm8.60cm8.50cm- 자율적인 실험대상3 설정(유효숫자 3 개)반복 횟수12345물체3(길이 or 높이)[m],[cm][mm]24.9cm24.8cm24.9cm24.7cm24.9cm사용한 대상1 의 종류휴대폰실제 대상의 길이 or 높이 [m, cm, mm]14.9cm실제 대상의 길이 or 높이에 대한 표준 오차표준편차-0.06,표준오차-0.03실제대상의 측정의 보고 [m, cm, mm]14.9±0.03cm사용한 대상2 의 종류카드실제 대상의 길이 or 높이 [m, cm, mm]8.56cm실제 대상의 길이 or 높이에 대한 표준 오차표준편차-0.05표준오차-0.02실제대상의 측정의 보고 [m, cm, mm]8.56±0.02cm사용한 대상3 의 종류아이패드실제 대상의 길이 or 높이 [m, cm, mm]24.8cm실제 대상의 길이 or 높이에 대한 표준 오차표준편차-0.08 표준오차?0.04실제대상의 측정의 보고 [m, cm, mm]24.8±0.04cm5. 결론버니어 캘리퍼와 마이크로미터를 사용하여 길이를 측정하였다면 조금 더 정밀한 측정값을 얻을 수 있었겠지만 실험도구가 없어 이번 실험은 평소에 흔히 사용하는 30cm 자로 진행하였다. 이 실험의 결과를 보면 각 물체를 측정할 때 오차가 발생한다는 것을 알 수 있다. 특히 표준 편차를 보면 각 측정값마다 오차 범위를 볼 수 있다. 측정에 오차가 발생한 원인에 대해 생각해 보자면 다음과 같다. 1. 측정하고자 하는 물체가 잘 고정되어있지 않아 측정 할 때마다 물체가 밀려 측정값에 오차를 발생하게 하였다. 2. 물체의 측정지점을 정확히 정하지 않아 오차가 발생하였다. 3. 자의 눈금을 제대로 확인하지 못해 오차가 발생하였을 수도 있다. 이 외에도 오차가 발생할 수 있는 원인은 정말 많이 있다. 이러한 오차 발생 원인들을 해결하기 위해서는 일단 측정하고자 하는 물체를 잘 고정시키고, 물체의 측정지점을 정확히 해야 한다. 이 뿐만 아니라 눈금을 읽을 때 발생하는 실수를 줄이기 위해 물체의 길이를 반복해서 측정하고 불확도를 구해 측정값을 내는 것이 가장 좋은 방법이다. 실험을 반복하면 반복할수록 오차율이 줄어들기 때문이다. 또한 조금 더 정밀한 도구를 사용하는 것 역시 오차를 줄일 수 있는 좋은 방법이라 생각한다. 이번 실험은 30cm자로 측정하였지만 버니어 캘리퍼와 마이크로미터로 측정을 했을 경우에는 측정기구의 사용법을 숙지하는 것이 중요한 문제가 되었을 것 같다. 사용법을 숙지하고 읽는 방법을 제대로 아는 것이 오차를 줄이는데 가장 큰 역할을 했을 것이라 생각이 든다. 이 실험을 통해 물체를 측정 할 때마다 결과가 다르게 나오는 것을 보고 측정의 오차는 언제든지 생길 수 있다는 것을 알게 되었으며 실험을 할 때 측정을 반복하여 진행해서 평균을 구하는 것과 표준오차를 구하는 것의 중요성을 느낄 수 있었다.

자연과학| 2023.05.17| 4페이지| 1,500원| 조회(89)

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자연과학| 2023.05.17| 6페이지| 1,500원| 조회(137)

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