건덕이 스토어

건덕이

개인인증

팔로워0 팔로우

소개

건국대학교

전문분야 공학/기술

판매자 정보

학교정보

입력된 정보가 없습니다.

직장정보

입력된 정보가 없습니다.

자격증

입력된 정보가 없습니다.

판매지수

판매중 자료수

10개
전체 판매량

110개
최근 3개월 판매량

0개
자료후기 점수

평균A
자료문의 응답률

0%

전체자료 10개

판매자 표지

[A+] 건국대학교 물리학 및 실험1 열의 일당량 결과보고서 2022학년도 1학기 건국대 물리학및실험1

열의 일당량과목명: 물리학및실험1학교: 건국대학교학과: 전기전자공학과실험 목적전류가 흘러 도선에서 발생된 열량을 측정하여 열의 일당량을 측정한다.실험 원리에너지 보존법칙에 의한 일과 열량의 관계식에서의 열의 일당량에너지 보존법칙은 에너지의 형태가 변화될 수 있으나 그 때의 에너지 양은 변화되지 않음을 의미한다. 이러한 이유로 역학적 에너지는 열에너지로 열에너지는 역학적 에너지로 변화시킬 수 있다. 이 경우 1kcal의 영량이 몇 Joule에 해당하는가를 열의 일당량이라 한다. 따라서, 일 와 열량 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.이 때 가 열의 일당량이다. 한편, 저항 R의 저항선에 전류 가 t초 동안 흐르면 열을 발생시키는데 이때 사용된 전기에너지는 다음과 같다.(2)전기 에너지에 의해 발생된 열은 열량계 속의 물과 용기의 온도를 에서 로 상승시키며 이 열량 Q는 다음과 같다.(3)여기서 m은 물의 질량 은 용기, 교반기 및 온도계 등의 전체 물당량, 그리고 는 물의 비열로서 1°C로 한다. 물당량은 물과 비열이 다른 물질의 비열을 물과 같다고 할 때, 물의 질량 얼마에 해당하는가를 뜻한다.열의 일당량의 이론식위의 세 식으로부터 열의 일당량은 다음과 같다.이론값은 4.186J/cal로 알려져 있다.실험 기구 및 장치전기 열량계전원장치직류 전류계직류 전압계온도계초시계비커메스 실린더전열선전자 저울실험 방법측정을 하는데 열량계의 물당량( 측정과 열의 일당량 측정의 두 단계로 나누어서 한다.실험 1. 열량계의 물당량 측정상온의 물을 150ml( 정도를 [그림 1]과 같이 전기 열량계에 담고, 전열선에 전기를 공급하여 전열선에서 발생하는 열에너지에 의해 물의 온도를 상승시킨다.물이 온도를 높이는 동안 비커나 메스실린더, 전자저울 등으로 상온의 물 100ml( 을 측정하여 비커에 넣고 이 때의 온도 을 측정한다.전기 열량계의 온도계가 상온보다 10°C 정도 올라간 다음에 전원장치의 스위치를 끄고, 교반기로 몇 차례 저어주며 전체가 일정한 온도에 도달되도록 한다. 온도가 일정한 평형 상태에 도달했다고 생각되었을 때의 온도 를 측정한다.과정 (2)의 물을 전기 열량계에 붓는다. 그런 다음 교반기로 천천히 몇 차례 저어주어 전체가 평형 온도가 되었을 때의 온도 를 측정한다.온도 의 물 을 열량계에 부었을 때, 물 및 열량계가 방출한 열량은 물 이 흡수한 열량과 같다.따라서 식 (3)에 의해이다. 그러므로, 열량계의 물당량은 다음과 같다.열량계의 물을 버리고 공기 중에 개방하여 열량계가 상온의 상태가 되도록 기다린다.◀ [그림 1]실험 2. 열의 일당량 측정[그림 1]과 같이 회로를 구성할 때는 전원이 차단되어 있는가를 확인한 후 회로를 꾸민다. 전원장치의 전류 공급단자는 완전히 차단된 상태이어야 한다.메스실린더나 전자저울 등을 이용하여 물 200ml을 측정하여 열량계에 붓고 뚜껑을 닫는다.전원장치의 전원 스위치를 켜고 전류조절 손잡이를 천천히 돌려 전류가 1A 정도가 되도록 한 다음 전원스위치를 끈다.열량계 내의 물의 온도가 정상이 되도록 잠시 기다린 다음에 을 측정한다. 전원장치의 스위치를 켬과 동시에 초시계를 작동시킨다. 그리고 이 때의 전류와 전압 값을 기록한다. 측정 중에는 전류나 전압이 변하지 않도록 주의해야 한다.물의 온다가 처음의 시작 온도보다 약 5°C 정도 올라간 다음에 전원을 차단함과 동시에 초시계의 작동을 중지시킨다.교반기를 천천히 저어주어 전체가 평형상태가 되도록 한 다음 그 때의 온도 를 기록한다.실험 1에서 구한 열량계의 물당량(M)을 이용하여 전류에 의한 열의 일당량 J를 구한다.전압 값이 측정 도중 변경된 경우에는 처음값과 나중값의 평균을 취한다.저항선을 물 속에 넣지 않고 전류를 통하면 저항선이 타버릴 수 있다.온도계가 전열선에 닿지 않도록 해야 한다. 온도계로 열이 직접 유입되어서는 안 된다.가장 이상적인 실험은 실내 온도보다 조금 낮은 온도에서 물을 넣고 가열하여 열량계의 물이 그 낮은 온도만큼 높아졌을 때 스위치를 끄는 것이다. 왜냐하면 외부온도와 온도가 같으면 아주 작은 열의 손실도 없도록 할 수 있기 때문이다.실험 결과실험 1. 열량계의 물당량1상온에서의 물의 질량()과 온도()°C2끓인물의 질량()과 온도()°C3최종 평형상태의 온도()°C4열량계의 물당량()실험 2. 열의 일당량1물의 질량 ()350 g2처음 물의 온도48.1 °C3처음 물의 온도53.1 °C4평균 전압15 V5전류2 A6시간317 sec7열의 일당량4.755 J/cal8오차율13.59%(※ 1 J/cal= 110^7 erg/cal)열의 일당량 이론값 : 4.186 J/cal실험 분석 및 토론에너지 보존법칙에 의해 역학적 에너지는 열 에너지로 열 에너지는 역학적 에너지로 변환할 수 있다. 이 때 열 에너지 1cal로 변환되는 일의 양을 열의 일당량이라고 한다. 이번 실험에서는 물과 열량계가 흡수한 열량을 구하기 위해 열량계의 물당량을 먼저 측정한 후 전기에너지가 모두 열 에너지로 전환된다고 가정한 상황에서 전기에너지를 구한 후 열의 일당량을 구하였다. 이론적으로 열의 일당량은 4.186 J/cal 의 값을 가지는데 실험에서는 4.755 J/cal 의 값을 얻었다. 13.59% 정도의 오차가 존재했는데 이러한 오차의 원인은 다음과 같다.물의 질량에 의한 오차비커로 물의 양을 측정한 후 열량계로 물을 옮겼다. 이 때 비커의 눈금을 읽을 때 사람이 측정한 것이므로 정확한 물의 양을 측정하지 못했을 수 있다. 또한 물의 부착력에 의해 물을 열량계로 옮길 때 비커에 물이 조금 남아있을 수 있고 이러한 원인이 물의 질량에 관여해 오차가 발생했을 수 있다. 또한 물을 끓이기 때문에 증발에 의해 질량이 감소해 오차가 발생했을 수 있다.계의 외부로의 열의 이동에 의한 오차열량계를 외부와 완전히 차단하는 것은 현실적으로 불가능하다. 뚜껑을 덮었어도 미세하게 열이 외부로 빠져나갈 가능성이 있고 온도계를 꽂는 부분으로 열이 나갈 가능성도 있다. 또한 열의 이동을 막기 위해 알루미늄을 이용해 단열을 한 구조였지만 그럼에도 불구하고 열의 이동을 완벽히 막을 수는 없기 때문에 외부로 열이 빠져 나갔을 가능성이 존재한다. 이러한 원인에 의해 오차가 발생했을 수 있다.전류와 전압 측정 불확실성에 의한 오차전류계와 전압계를 이용해 전류와 전압을 측정한 후 열의 일당량을 계산했다. 이 때 전류계와 전압계의 이상으로 값이 계속 변하는 현상이 일어났고 이러한 이유로 전류와 전압을 측정할 때 값이 정확하게 구할 수 없었다. 이러한 원인으로 오차가 발생했을 수 있다.결론전기에너지가 열 에너지로 모두 전환된다는 가정 하에 전기에너지와 전기 열량계를 이용해 전류가 흘러 도선에서 발생된 열량을 측정해 열의 일당량을 실험적으로 구해보았고 이를 이론값과 비교해보았다. 이론적으로는 4.186 J/cal 의 값으로 나와야 하지만 실험에서 얻은 값은 4.755 J/cal 로 대략 13.59%의 오차가 존재했다. 여러가지 오차 원인이 있었지만 계의 외부로 열이 빠져나가는 것에 의한 오차가 가장 큰 오차 원인으로 작용했다고 생각한다. 이를 해결하기 위해서 외부로 빠져나가는 열을 완벽히 차단한다면 좋겠지만 현실적으로 불가능하므로 빠져나오는 열에 의해 증가한 외부 온도를 측정해 실험값에 반영한다면 오차를 줄일 수 있다고 생각한다.참고 문헌일반물리학실험 (실험 1-13)

공학/기술| 2023.03.21| 8페이지| 2,000원| 조회(143)

열의 일당량, 건국대, 건국대학교, A+, 에이플러스, 물리학및실험1, 물리학 및 ..

미리보기

닫기
판매자 표지

[A+] 건국대학교 물리학 및 실험1 공기중 음속측정 결과보고서 2022학년도 1학기 건국대 물리학및실험1 평가A좋아요

공기 중 음속 측정과목명: 물리학및실험1학교: 건국대학교학과: 전기전자공학과실험 목적이미 진동수를 알고 있는 소리굽쇠의 진동으로 기주를 공명시켜서 그 소리의 파장을 측정함으로써 공기 중에서의 음속을 측정한다.실험 원리파동의 속도, 진동수, 파장과의 관계파동수(진동수)가 f인 파동(종파 혹은 횡파)의 공기 중에서의 파장을 라고 하고, 이 파동이 공기 중에서 전파하는 속도를 v라 할 때, 다음의 관계식이 만족된다.기주의 길이와 소리굽쇠가 발생하는 음의 파장과의 관계이미 알려진 진동수의 소리굽쇠를 진동시켜 한쪽 끝이 막힌 유리관 속에 들어있는 기주(공기기둥)를 진동시키면, 기주 속에는 방향이 반대인 두 개의 파가 진행하면서 현의 진동 때와 같은 정상파가 생긴다. 이 때 기주의 길이가 어느 적당한 값을 가질 때 두 파의 간섭으로 공명이 일어나게 된다. 소리굽쇠가 발생하는 음의 파장 는 다음과 같다.식 (1)을 식 (2)에 대입하면 다음과 같다.실제 유리관 내의 공명 위치와 파장의 관계아래 [그림 2]에서 들은 유리관 내의 공명 위치를 나타낸다. 관 끝에서 첫 번째 공명위치 까지의 길이는 에 가까우나 실제는 이 값보다 조금 작다.이는 첫 번째 정상파의 배가 관의 모양, 크기 등에 따라서 관 끝보다 조금 위쪽에 위치한다는 것을 의미하며, 원주형의 관인 경우에는 관 끝에서부터 배까지의 거리 와 관의 내반경 과의 비(끝 보정), 즉 는 약 0.55에서 0.85이다.공기중의 음속은 또한 일반적인 유체의 성질로서도 구해지며, 체적탄성률이 , 밀도 인 경우에 다음의 관계가 성립한다.이를 열역학의 기체법칙으로 전개하면 °C 의 음속은 다음과 같다°C)여기서, 는 0°C 이하의 음속으로 약 331.48 m/sec 이다.실험 기구 및 장치기주공명 장치소리굽쇠 및 고무망치속도계실험 방법[그림 1]과 같이 기주 공명 장치에 물으르 가득 채운 후, 물통을 상하로 움직여서 물이 넘치지 않도록 물의 양을 조절한다.다음 소리굽쇠의 진동을 방해하지 않도록 소리굽쇠의 손잡이를 잡고 고무망치로 때려서 진동을 시킨 후, 유리관 1cm 위에 수직 방향으로 놓는다. 이와 동시에 물통을 서서히 내리면서 유리관 내의 소리를 들으면 어느 지점에서 갑자기 커지는 공명소리를 듣게 된다. 그러면 그 지점을 분필이나 고무 띠로 표시한다.공명 소리 지점의 근처에 물의 수면이 오도록 하고, 다시 소리굽쇠를 진동시켜 첫 번째의 공명지점 를 찾고 서서히 물통을 내리면서 두 번째 공명지점 과 세 번째 공명지점 를 찾는다.다시 지점부터 를 찾아 올라온 후 과정 (3)을 수행하여 측정값을 양식에 의해 정리한다.정리된 측정값에서 와 은 반파장의 길이 /2 이므로 파장은 이다.소리굽쇠의 진동수를 기록한다.실험실의 온도 t 를 측정한다.실온 t ° 때의 음속 를 식 (1)을 이용하여 계산한다.위의 측정값으로 0° 때의 음속 를 식 °C) 으로 계산하고, 표준 값과 비교한다.▲ [그림 1] ▲ [그림 2]실험 결과*실온은 모두 25°C로 계산하였습니다.실험 5.1소리굽쇠의 진동수 : 800Hz측정횟수123y04.54.64.5y1888y212.512.613[cm]측정횟수123파장 [cm](888.5[m/s]646468[m/s](실험값)61.2661.2665.08[m/s](이론값)331.48331.48331.48오차율81.52%81.52%80.36%실험 5.2소리굽쇠의 진동수 : 600Hz측정횟수123y066.25.7y11212.112y2181819[cm]측정횟수123파장 [cm](1211.813.3[m/s]7270.879.8[m/s](실험값)68.9167.7676.38[m/s](이론값)331.48331.48331.48오차율79.2179.5676.96실험 5.3소리굽쇠의 진동수 : 400Hz측정횟수123y08.388.5y118.51918.3y230.53130.5[cm]측정횟수123파장 [cm](22.22322[m/s]88.89288[m/s](실험값)84.9988.0584.23[m/s](이론값)331.48331.48331.48오차율74.3673.4374.59실험 분석 및 토론파동의 파장과 진동수만 알면 그 파동의 속도를 구할 수 있다. 이번 실험에서는 기주공명 장치를 이용해 소리의 공명점을 찾아 그 길이로 파장의 길이를 알아내고 이미 알고있던 진동수를 이용해 소리의 속도를 실험적으로 구해보았다. 하지만 실제 소리의 속도와 실험에서 얻은 값과는 약간의 오차가 발생했는데 이러한 오차가 발생한 원인은 다음과 같다.공명점 측정에 불확정성에 의한 오차기주공명 장치에 최대한 가까이 붙어 공명이 일어날 때의 위치를 측정했다. 이러한 방식은 사람이 직접 소리를 듣고 소리가 커졌다고 느끼는 지점을 정하는 방식이기 때문에 정확한 공명점이라고 할 수 없다. 또한, 이 때 조원들끼리 개인적인 차이가 있었고 다른 조에서도 실험을 진행중이었기 때문에 간섭이 일어나 오차가 발생했을 수 있다. 또, 물의 높이를 조절해가며 공명의 위치를 측정했기 때문에 공명이 발생한 정확한 시점을 알 수 없다. 이러한 오차들을 해결하기 위해서는 최대한 조용한 곳에서 정밀하게 측정을 진행해야 하고 물의 높이 조절을 매우 천천히 하여 정확한 공명점을 찾아야 하고 가능하다면 정확한 기계를 이용해 측정을 진행한다.지속적인 온도 변화에 의한 오차실험실 내부의 온도는 지속적으로 변한다. 또한 실험실 내부의 온도를 측정한 곳이 우리 조가 실험했던 곳가 다를 수 있기 때문에 이러한 온도 변화로 인해 오차가 발생했을 수 있다. 이러한 오차를 해결하기 위해서는 온도를 최대한 일정하게 유지할 수 있는 곳에서 실험을 진행해야 한다.소리의 시작점에 의한 오차총 실험을 9번 진행했는데 실험을 진행할 때마다 매번 소리의 시작점이 정확하게 일정하지 못했다. 소리를 발생시키는 장치로 핸드폰을 사용해 사람이 들고있었기 때문에 매 실험마다 달라져 오차가 발생했을 수 있다. 이러한 오차를 해결하기 위해서 기계로 소리를 발생시키는 지점을 일정하게 고정해주어야 한다.결론이미 진동수를 알고 있는 소리굽쇠의 진동으로 기주를 공명시켜 그 소리의 파장을 측정하여 공기 중에서의 음속을 측정했다. 소리의 진동수를 800Hz, 600Hz, 400Hz 로 바꿔가며 총 9번의 실험을 진행하였다. 각각의 실험에서 측정한 파장과 진동수의 곱으로 구한 소리의 속도는 항상 일정해야 하지만 약간의 오차가 존재했다. 또한 0°C 일때의 음속을 구하기 위해 위의 식을 이용해 구하여 0°C 일때의 이론적인 음속과 비교해보았다.참고 문헌일반물리학실험 (실험 3-3)

공학/기술| 2023.03.21| 9페이지| 2,000원| 조회(214)

건국대학교, A+, 에이플러스, 물리학및실험2, 물리학및실험1, 음속 측정, 202..

미리보기

닫기
판매자 표지

[A+] 건국대학교 물리학 및 실험1 자이로스코프 결과보고서 2022학년도 1학기 건국대 물리학및실험1

자이로스코프과목명: 물리학및실험1학교: 건국대학교학과: 전기전자공학과실험 목적토크와 각운동량을 이해하고, 자이로스코프의 세차운동과 장동운동을 관찰한다.실험 원리토크의 정의물체에 작용하여 물체를 회전시키는 원인이 되는 물리량을 토크 라고 한다. 토크는 물체에 작용하는 힘 F와 회전중심으로부터 힘이 작용하는 연장선까지의 수직거리 l를 곱한 값과 같다.….(1)위의 토크의 식을 벡터식으로 표현하면 다음과 같다.….(2)각운동량과 선운동량의 관계병진운동의 선운동량 에 대응하는 회전운동의 물리량을 각운동량 이라고 한다. 과 의 관계는 토크와 힘의 관계 와 동일하며, 다음과 같이 정의한다.전류는 운동하는 전하의 모임이며, 이 전류 I가 길이 l인 도선을 따라 흐른다면 위의 토크 식은 다음과 같다.….(3)물체에 토크가 작용할 때의 각운동량물체에 힘 가 작용할 때 물체의 속도와 선운동량이 변하는 것과 마찬가지로 토크가 작용할 때 각운동량이 변하게 된다. 이 때 각운동량 과 토크 사이에는 다음의 관계가 성립한다.….(4)xy평면상에 놓인 강체의 회전에서의 각운동량한편, xy평면상에 놓인 얇은 강체가 z축을 중심으로 각속도 w로 회전한다고 하면, 강체를 구성하는 입자는 원점을 중심으로 원운동을 한다. 입자의 순간속도벡터 는 위치벡터 에 수직이다.원점 O에서의 거리 에 있는 질량 인 입자의 속력은 이다. 따라서 각운동량의 크기 는 다음과 같다.….(5)따라서 xy 평면상에 놓인 얇은 강체의 총 각운동량 L은 다음과 같다.….(6)여기서 I는 강체의 관성모멘트라 불리는 양이다. 이를 더 일반화하여 계산하면 다음과 같이 각운동량 과 각속도 사이의 관계식을 구할 수 있다.….(7)회전하는 물체의 회전축의 방향이 바뀔 때의 물리적 현상회전하는 물체의 회전축의 방향이 바뀔 때, 직관적으로 쉽게 이해할 수 없는 신기한 물리적 현상이 발생한다. 이를 보여주는 대표적인 사례가 자이로스코프다.자이로스코프의 회전축 한 쪽 끝을 고정점에 얹은 후, 회전축을 수평으로 유지한 상태에서 가만히 놓으면,있다.….(8)은 토크 와 동일한 y축 방향이다. 작용하는 토크의 방향이 항상 일정하므로, 시간 dt가 경과할 때 마다 y축 방향으로 d이 더해지며 각운동량 이 지속적으로 증가한다. 즉, 관성바퀴가 회전하지 않을 때에는, 자이로스코프가 바닥에 닿을 때까지 y축을 중심으로 점점 빠르게 회전하며 떨어진다.관성바퀴가 회전하고 있을 때에는 자이로스코프의 회전축 방향으로 초기 각운동량 이 존재한다. 관성바퀴에 작용하는 토크 가 회전축에 수직이므로 순간 각운동량의 변량 은 와 수직이다. 시간 dt가 경과한 후 각운동량은 이 된다. 그 결과 의 크기는 변하지 않고 방향이 바뀐다. 의 방향이 항상 xy 평면 위에 있으므로 +d도 xy 평면 위에 있다. 따라서, 아래쪽 방향으로 힘 가 작용하면, 회전축은 아래로 떨어지지 않고 xy 평면상에서 세차운동을 하게 된다.시간 dt 동안 자이로스코프 회전축이 움직인 각도, 즉 세차 각속도 는 다음과 같다.….(9)따라서, 세차 각속도 는 관성바퀴의 회전 각속도 w에 반비례한다. 만약, 베어링의 마찰 등의 외부 요인에 의해 관성바퀴 회전속도가 줄어들면 세차 각속도는 증가한다.실제 실험에서의 세차 각속도식 (9)는 이상적인 조건에서 관성바퀴의 무게에 의해서만 토크가 작용할 때 적용할 수 있다. 그러나, 실제로 실험에서 사용하는 자이로스코프 장치에는 데이터 측정과 여러 조건의 실험을 진행하기 위한 부가적인 장치들이 부착되어 있기 때문에 다양한 토크가 작용한다. 게다가, 각 장치들의 질량과 질량중심의 위치를 정확히 알 수 없기 때문에, 작용하는 토크를 계산하기가 어렵다. 따라서, 이상적인 자이로스코프와 다른 방법으로 실험을 진행한다.먼저, 균형추의 위치를 조절하여, 수평 회전축 상의 모든 물체가 중심점에 대해 축을 회전시키려는 토크가 평형을 이루게 한다. 그 후, 회전축 끝에 무게추를 걸어주면, 결과적으로 무게추에 의한 토크 이외의 것을 고려할 필요가 없기 때문에 실험결과를 계산하기 쉽다. 따라서 식 (9)를 다음과 같이 수정하여 적용한다.자ooked Mass (For Measuring the Moment of Inertia of Disk)Vernier Calipers & Electric Balance (For Public Use)실험 방법관성바퀴의 관성모멘트 측정실험에서 사용하는 자이로스코프 관성바퀴의 관성모멘트는 다음과 같이 실험적인 방법으로 측정할 수 있다. 관성바퀴에 부착된 반경의 도르래에 연결된 질량인 물체는 중력에 의해 가속도로 가속한다. 이 경우 질량인 물체의 가속도를 측정하면 관성바퀴의 관성모멘트를 다음과 같이 계산할 수 있다.실험 장치를 수평테이블 위에 놓고, 지지막대 및 클램프를 사용하여 자이로스코프 회전축을 수평으로 고정한다. A형 베이스 스탠드에 그림과 같이 도르래를 클램프를 사용하여 고정한다.적절한 길이의 실을 준비하여, 한쪽을 관성바퀴에 묶고, 반대쪽에는 고리가 달린 추를 묶는다. 관성바퀴와 도르래의 높이를 맞춘 후 고정한다. 실의 길이는 완전히 풀렸을 때 질량추가 바닥에 닿지 않을 정도로 한다.일정거리를 두고 질량추가 낙하하는 장면을 촬영할 수 있도록 I-CA 시스템을 설치한다. 캡처되는 영상을 통해 실험이 최대한 잘 관찰되도록 줌과 밝기를 조절한다.추가 낙하하는 운동면에 기준자를 위치, 동영상을 캡처하여 스케일 및 좌표계를 선정한다.추를 감아올리고, 추를 최대한 안정화시킨 후, 가만히 놓아 회전운동을 시킨다. 이때 추가 낙하하는 과정을 동영상으로 촬영한다.분석메뉴를 실행하고 위의 캡처한 파일을 불러와 분석을 시작한다. 분석은 피사체의 수를 1로 하고 T-Y그래프 2차함수를 통해 낙하거리가 2차함수로 주어지는지 확인하고 추세선을 통해 가속도를 구한다.동일한 시험을 3회 반복하여 평균 가속도를 구한다.식 (11)을 통해 관성바퀴의 관성모멘트를 구한다.세차 운동 – 세차 각속도 측정RS232-USB 케이블을 사용하여 자이로스코프 실험장치를 컴퓨터에 연결한다. 전원 어댑터르르 사용하여 자이로스코프 실험장치에 전원을 인가한다.프로그램을 설정한다.자이로스코프 장치의 수평을 맞춘다직 방향의 운동을 포함한 장동운동을 할 것이다. 이 현상은 세차운동에 의한 각운동량의 수직성분, 회전 축 상의 균형추를 포함한 각종 부품의 관성, 베어링의 마찰에 의한 영향이 복합적으로 작용하기 때문에 발생한다. 따라서, 세차운동만 관찰하기 위해서는 자이로스코프가 장동운동을 하지 않는 적절한 속력으로 축을 강제로 회전시켜주어야 한다. 회전축을 손끝으로 살짝 잡은 후, 자이로스코프의 회전력을 손으로 느끼면서, 장동운동을 하지 않도록 적절한 속력으로 부드럽게 밀어준다. 장동운동을 하지 않는 조건을 잡은 후에 데이터 측정을 시작한다.데이터 측정을 시작한다. 시작 시점을 기준으로 회전각을 0으로 계산하여 데이터 기록 및 그래프 작성이 시작된다.데이터 테이블을 확인하고 저장한다.저장된 데이터를 엑셀등의 프로그램을 이용하여 분석한다.측정한 결과를 식 (10)과 비교한다.다른 조건에서 실험을 반복한다.장동 운동실험 4-2와 동일한 토크를 작용하여, 다양한 장동운동을 관찰한다. 그래프 옵션을 [Rotation-Tilt]로 변경하여, X축을 수직 중심 축의 회전각, Y축을 수평 회전 축의 기울기로 설정한다.관성바퀴를 적절한 속력으로 회전 시킨 후, 다음의 세가지 조건에서 장동운동을 관찰하고 그래프를 확인한다. 초기 운동조건에 따른 장동운동의 형태를 구별하고, 원인에 대해 토의한다.실험 결과*모든 실험의 시간-각도 그래프에서 구한 기울기(각속도)를 rad 단위로 바꿔 계산했습니다.*중력가속도 g는 모두 9.8= 980 으로 계산했습니다.세차운동 – 세차 각속도 측정 [실험 1][g]100[cm]15[]148460.5[rad/s]12.697[rad/s](이론값)0.780[rad/s](실험값)0.697오차율()10.58 %세차운동 – 세차 각속도 측정 [실험 1] 에서의 장동운동 확인세차운동 – 세차 각속도 측정 [실험 2][g]100[cm]15[]148460.5[rad/s]16.044[rad/s](이론값)0.617[rad/s](실험값)0.597오차율()3.32 %세차운동 – 세차찰 등에 의해 수직 방향의 운동을 하며 장동운동도 같이 하게 된다. 이러한 상황에서 실험을 통해 세차운동에서의 세차 각속도를 측정해보고 이 때의 장동운동도 확인해보았다. 이 때 세차 각속도의 실험값과 이론값의 미세한 오차가 존재했는데 이러한 오차의 원인은 다음과 같다.자이로스코프의 회전 축의 수평에 의한 오차위 실험에서 무게추에 의한 토크만 고려하여 실험 결과를 계산하기 쉽게 하였다. 따라서 무게추에 의한 토크 이외에 관성바퀴를 포함한 모든 부품에 대해 토크 평형 상태를 만들어 주었다. 균형추를 사용하여, 회전 중심점을 기준으로 수평 회전 축 균형을 맞추었는데 이러한 상황에서 기울어짐을 눈으로만 보고 파악했고 또 기울어짐을 조절하면서 힘을 계속 주게 되므로 완벽한 수평을 맞출 수 없게 된다. 따라서 무게추에 의한 토크 이외에 다른 토크가 생겨나 오차가 발생했을 수 있다.여러 장치에 의한 토크로 인한 오차실제 자이로스코프 장치에는 데이터 측정을 위하여 여러 장치가 있어 이러한 장치로 인해 토크가 작용할 수 있다. 이러한 것을 고려하여 회전축 끝에 무게추를 걸어주어 실험을 진행하였지만 그럼에도 불구하고 이러한 장치들이 자이로스코프의 회전 운동에 여러 영향을 주어 오차가 발생했을 수 있다.세차운동에 의한 각운동량의 수직 성분에 의한 오차실제 실험에서는 수평 평면 상에서 세차운동을 하는 이상적인 자이로스코프와 달리, 세차운동에 의한 각운동량의 수직성분, 회전 축 상의 균형추를 포함한 각종 부품의 관성, 베어링의 마찰에 의한 영향으로 수직 방향의 운동을 포함한 장동운동을 하게 된다. 이 때 자이로스코프의 세차운동이 관성바퀴의 회전운동에 비해 매우 느린 조건에서는 세차운동에 의한 각운동량의 수직성분을 무시할 수 있다. 따라서 세차운동만 관찰하기 위해 자이로스코프가 장동운동을 하지 않는 적절한 속력으로 축을 강제로 회전시켜주어야 한다. 하지만 이러한 작업은 모두 사람의 손으로 회전력을 느껴가며 수작업으로 이루어진다. 결국 완벽하게 장동운동을 하지 않는 조건을 만족하기 어렵12)

공학/기술| 2023.03.21| 14페이지| 2,000원| 조회(240)

건국대학교, A+, 자이로스코프, 에이플러스, 물리학및실험2, 물리학및실험1, 20..

미리보기

닫기
판매자 표지

[A+] 건국대학교 물리학 및 실험1 관성모멘트 결과보고서 2022학년도 1학기 건국대 물리학및실험1

관성모멘트 측정과목명: 물리학및실험1학교: 건국대학교학과: 전기전자공학과실험 목적물체를 회전장치를 통한 중력의 일정한 힘으로 회전시키고, 이때의 회전장치의 각속도 및 각가속도를 직접 측정하여 물체의 관성모멘트를 구한다. 또한 회전반경과 관성 모멘트, 평행축 정리 등의 이론을 실험을 통해 확인한다. 부가적으로 회전운동과 토크의 관계를 실험적으로 확인한다.실험 원리강체의 회전운동에서 관성의 역할을 하는 관성모멘트강체는 그 계에 속하는 입자가 항상 상호간 같은 상대적인 위치를 유지하는 물체를 말하는데, 그러한 강체의 회전에너지에 대해 생각해 보자. 회전에너지는 물체의 질량 외에 모양과 크기에 따라 다르게 되는데 이와 같이 회전에너지를 설명할 때 관성모멘트라는 물리량을 사용하면 편리해진다. 직선운동의 경우 물체의 질량이 관성의 역할을 하는데 회전운동의 경우 바로 이 관성모멘트가 관성의 역할을 한다. 질량이라는 물리량이 있어 직선운동의 기술이 편리해진 것처럼 회전운동의 경우 관성모멘트의 정의로 인해 회전운동의 기술이 편리해진다.각가속도 및 시간에 따른 회전각 유도n개의 질점으로 구성된 강체가 고정 축 주위를 각속도 w로 회전하면, 총 운동에너지 K는 다음과 같다.여기서 I는 아래와 같이 정의된 양으로 관성모멘트라 한다.여기서 는 회전축으로부터의 거리이다. 연속적인 질량분포의 경우에는 다음과 같다.위 그림과 같이 질량 m인 추가 도르래와 실을 통해 회전장치에 연결되어 있는 경우를 생각해보면, 추가 가속도 a로 자유낙하하는 경우 실에 작용하는 장력을 고려하면의 관계가 성립한다. 여기서 는 회전장치의 각가속도로 실이 미끄러짐 없이 풀리는 경우로 가정하였다. 따라서 회전장치에 작용하는 토크는로 주어지며, 이 경우 회전장치의 각가속도 및 시간에 따른 회전각은 다음과 같다.실험 기구관성모멘트 실험장치사각, 원판, 원환 시료I-CA 시스템버니어 캘리퍼, 전자저울실험 방법버니어 캘리퍼와 전자저울을 이용하여, 회전축 반경 및 각 시료의 길이, 질량을 측정하고 기록한다.관성모멘트 측정 올려놓고 고정시킨 후 위와 같은 방식으로 질점시료를 포함한 관성모멘트를 구하고 여기서 회전장치의 관성모멘트를 빼어 질점시료의 관성모멘트를 구한다.질점시료의 위치를 바꿔가며 관성모멘트를 구하고 이론값과 비교한다.평행축 정리평행축 정리 시료를 올려놓고 고정시킨 후 질점의 관성모멘트 실험과 마찬가지로 토탈 관성모멘트에서 회전장치의 관성모멘트를 빼어 평행축 정리 시료의 관성모멘트를 구한다.평행축 정리 시료의 배열을 바꿔가며 관성모멘트를 구하고 차이가 있는지 확인한다.추가실험 (토크와 각가속도)회전 실험판 위에 원판 시료를 올려 놓고 회전축을 가장 아래 쪽에 맞춘다.위의 방법으로 원판을 포함한 회전 실험판의 각가속도를 구한다.도르래 높이를 조절하여 회전축을 중앙으로 맞추고 위 과정을 반복하여 이 때의 회전 실험판의 각가속도를 구한다.도르래 높이를 조절하여 회전축을 가장 위쪽에 맞추고 위 과정을 반복하여 이 때의 회전 실험판의 각가속도를 구한다. 위에서 구한 결과를 가지고 회전축 반경에 따른 각가속도의 그래프를 그리고 비례하는지 확인하다. 기울기 값이 이론값과 차이가 있는지 확인하고 근사할 수 있는지, 어느 정도 오차가 있는지 확인한다.위 방법에서 100g, 200g, 300g 추를 매달고 각각의 상황에서 각가속도를 구하고 위의 실험 과정을 반복한다.실험 결과물체의 관성모멘트 실험회전장치의 관성모멘트 측정회전장치의 관성모멘트 측정 실험 1*중력가속도는 모두 9.8m/s^2 으로 계산하였다.회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]2.8126( [kg*m^2]0.005514회전장치의 관성모멘트 측정 실험 2회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]2.8035( [kg*m^2]0.005532회전장치의 관성모멘트 측정 실험 3회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]2.8518( [kg*m^2]0.005437회전장치의 관성모멘트[이론값]0.001744오차율26.54 %사각판 시료의 관성모멘트 측정 실험 3회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]1.9738( [kg*m^2]0.007879[kg*m^2][실험값]0.002384[이론값]0.001744오차율%원판 시료의 관성모멘트 측정원판 시료의 관성모멘트 측정 실험 1회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]1.9041( [kg*m^2]0.008169[kg*m^2][실험값]0.002675[이론값]0.002416오차율10.7 %원판 시료의 관성모멘트 측정 실험 2회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]1.876( [kg*m^2]0.008292[kg*m^2][실험값]0.002798[이론값]0.002416오차율15.79 %원판 시료의 관성모멘트 측정 실험 3회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]1.8478( [kg*m^2]0.008419[kg*m^2][실험값]0.002925[이론값]0.002416오차율%원환 시료의 관성모멘트 측정원환 시료의 관성모멘트 측정 실험 1회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]1.4834( [kg*m^2]0.0105[kg*m^2][실험값]0.005006)[이론값]0.004298오차율16.46 %원환 시료의 관성모멘트 측정 실험 2회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]1.4781( [kg*m^2]0.010538[kg*m^2][실험값]0.005043)[이론값]0.004298오차율17.34 %원환 시료의 관성모멘트 측정 실험 3회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]1.4881( [kg*m^2]0.010467[kg*m^2][실험값]0.004972)[이론값]0.00/s^2]1.9267( [kg*m^2]0.008072[kg*m^2][실험값]0.002578[이론값]0.002276오차율13.27 %질점의 관성모멘트 측정 실험 3회전축에서 거리(r) [m]0.1035회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]1.4508( [kg*m^2]0.010737[kg*m^2][실험값]0.005243[이론값]0.004975오차율5.38 %평행축 정리평행축 정리의 확인 실험 1*시료의 질량은 200g이다.회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]1.9148( [kg*m^2]0.008123[kg*m^20.002629평행축 정리의 확인 실험 2회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]1.8993( [kg*m^2]0.00819[kg*m^2]0.002695평행축 정리의 확인 실험 3회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]1.8975( [kg*m^2]0.008197[kg*m^2]0.002703실험1평행축 정리 시료의 관성모멘트실험2평행축 정리 시료의 관성모멘트실험3평행축 정리 시료의 관성모멘트0.0026290.0026950.002703[kg*m^2]이 실험에서는 질량 중심점이 같고 배열이 다른 형태의 시료의 관성모멘트는 차이가 없음을 확인했다.추가실험(토크와 각가속도)Case 1-1회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]2.7039( [kg*m^2]0.0057382.7278오차율 ()0.87 %Case 1-2회전 반경(2R) [m]0.0635추의 질량 [kg]0.1505각가속도() [rad/s^2]8.2172( [kg*m^2]0.005547[rad/s^2]8.4419오차율 ()2.66 %Case 2-1회전 반경(2R) [m]0.045추의 질량 [kg]0.0503각가속도() [rad/s^2]1.9721( 구했다. 또 물체의 관성모멘트, 질점의 관성모멘트, 평행축 정리, 회전운동과 토크의 관계 등의 이론을 각각의 실험을 통해 확인했다. [실험 1]에서 먼저 회전장치의 관성모멘트를 측정하고 이후에 사각판, 원판, 원환 시료에서의 토탈 관성모멘트에서 회전장치의 관성모멘트를 빼서 각각의 시료의 관성모멘트를 구하였고 이를 이론값과 비교해보았다. [실험 2]에서는 질점 시료를 포함한 토탈 관성모멘트를 구하고 여기서 회전장치의 관성모멘트를 빼서 질점 시료의 관성모멘트를 구하고 이를 이론식과 비교해보았다. [실험 3]에서는 평행축 정리가 성립함을 확인했다. [실험 4]에서는 각가속도를 시간-각속도 그래프로 먼저 구한 후 이를 각가속도의 1차근사식과 비교해보고 회전축의 반경과 작용하는 힘에 선형적으로 비례함을 확인했다. 이 때 각각의 실험마다 30% 이내의 작은 오차가 존재했는데 이러한 오차의 원인은 다음과 같다.다양한 힘에 의한 오차실험을 하는 과정에서 손이 회전장치에 닿거나 공기저항 등의 외력에 의해 오차가 발생했을 수 있다. 또 장치 내에 있는 도르래에서 실제로 마찰력, 실의 장력 등을 받기 때문에 오차가 발생했을 수 있다.측정의 한계에 의한 오차먼저 관성모멘트 측정 실험장치의 수평을 맞추는 데에 한계가 있고 실험을 하면서 수평이 깨졌을 가능성이 있다. 또 버니어캘리퍼로 회전 반경, 회전축에서의 거리 등의 값들을 측정할 때 육안으로 측정할 수 밖에 없기 때문에 아주 정확한 값을 측정하는 것은 불가능하다. 따라서 이러한 측정의 한계로 오차가 발생했을 수 있다.I-CA 시스템의 불연속적인 그래프 값에 의한 오차I-CA 시스템으로 얻어낸 시간과 각속도의 값으로 엑셀을 이용해 그래프로 나타내어 각가속도를 구했다. 이 때 얻은 시간과 각속도의 값은 불연속적인 값이고 실험을 하며 다양한 외부 요인으로 인해 완전한 선형의 형태를 띄지 않았다. 이로 인해 실제 기울기의 값이 많이 바뀌게 되어 오차가 발생했을 수 있다.결론물체를 회전장치를 통한 중력의 일정한 힘으로 회전시키고, 이때의

공학/기술| 2023.03.21| 28페이지| 2,000원| 조회(207)

관성모멘트, 건국대학교, A+, 에이플러스, 물리학및실험2, 물리학및실험1, 202..

미리보기

닫기
판매자 표지

[A+] 건국대학교 물리학 및 실험1 구심력 측정 결과보고서 2022학년도 1학기 건국대 물리학및실험1

구심력 측정과목명: 물리학및실험1학교: 건국대학교학과: 전기전자공학과실험 목적물체가 일정한 각속도로 원운동 할 때, 이 물체에 작용하는 구심력을 측정한다.실험 원리강체의 일반적인 운동은 질량 중심의 병진 운동과 질량 중심에 대한 회전운동으로 분리될 수가 있다.입자의 등속원운동입자가 일정한 속력 v로 반지름 r인 원 또는 원호 위를 움직이면 이 입자는 원의 중심 방향으로 가속이 되며 크기가 v^2/r인 일정한 등속원운동을 한다.원운동을 하는 입자에 대한 선운동학과 각운동학 사이의 관계강체 내부의 점 P에 입자의 경우, 점 O를 통하는 회전축에서 r이라는 거리에 있다. 따라서 반지름이 r 인 원주상을 운동하게 된다. 강체가 만큼 회전할 때, 입자는 호를 따라서 거리 s 만큼 운동한다. 이때 거리 s 에 대한 식은 다음과 같다.이 식의 양변을 시간에 관하여 미분하고, r이 일정하다는 것을 감안하면, ds/dt 는 선속도 v이고, d/dt 는 회전체의 각속도 w이므로 미분한 식은 다음과 같다.이 식이 선속도의 크기와 각속도의 크기 사이의 관계를 나타내고 이 식을 시간에 관해 미분하면 아래와 같은 관계식이 나온다.(각가속도)즉, 원운동을 하는 입자의 선가속도의 접선 방향의 성분의 크기는 각속도의 크기에 회전축으로부터 입자까지의 거리를 곱한 값이 된다. 원주상을 운동하는 입자에 대해 가속도의 지름 방향의 성분은 다음과 같이 주어진다.따라서 질량 m인 질점에 작용하는 구심력 는 아래와 같이 주어진다.실험 기구 및 장치구심력 측정 장치 1Ea20g, 30g, 50g 무게추 각 2Ea전원연결선 L600mm 1Ea실험 방법실험기기 장치에 부착된 전원 케이블을 LCD 표시장치에 연결 고정한다.실험에 사용 할 시료를(무게추) 선택하여 고정추에 끼워넣고 고정추를 원하는 거리 r에 위치시킨 후 고정추의 걸이봉을 돌려 고정한다. 양쪽이 1:1 대칭이 되도록 고정추를 고정한다.구심력 측정 실험 장치의 수평을 맞추고, 실험장치 전면의 전원 스위치를 이용하여 전원을 켠다. (흰색 버튼이 전원 버튼)실험장치 전면의 볼륨을 이용하여 모터를 가동시키고, 이때의 회전 주기와 힘을 측정 기록한다. (검정색 손잡이가 모터의 회전속도를 조절하는 볼륨, 전원을 켜기 전 시계 반대방향으로 끝까지 돌려놓아야 함)회전 주기를 달리하면서 위의 실험을 3회 이상 반복 측정한다.회전 반경 r을 달리하면서 위의 2~5 과정을 3회 이상 반복 측정한다.회전 질량을 달리하면서, 즉 고정추 양쪽에 각각 걸이추를 20g, 30g, 50g을 올려놓고 위의 2~5 과정을 5회 반복 측정한다.이론의 구심력과 실험장치를 통해 측정된 구심력의 차이를 비교 확인한다.실험 결과회전체 질량의 변화에 따른 측정횟수회전체의 질량(m)회전반경(r)회전주기(T)(이론)(실험)(백분율 오차)120g100mm0.639s0.193N0.274N41.9%230g100mm0.640s0.289N0.323N11.8%350g100mm0.640s0.482N0.539N11.8%470g100mm0.640s0.675N0.627N7%5100g100mm0.640s0.964N0.931N3.4%회전 반경에 따른 측정횟수회전체의 질량(m)회전반경(r)회전주기(T)(이론)(실험)(백분율 오차)150g110mm0.640s0.530N0.441N16.8%250g100mm0.640s0.482N0.735N52.5%350g90mm0.640s0.434N1.323N205%450g80mm0.640s0.385N1.852N380.4%550g70mm0.640s0.337N1.931N472.3%회전체 속도에 따른 측정횟수회전체의 질량(m)회전반경(r)회전주기(T)(이론)(실험)(백분율 오차)150g110mm0.440s1.121N0.715N36.2%250g110mm0.540s0.745N0.617N17.1%350g110mm0.640s0.530N0.470N11.3%450g110mm0.740s0.396N0.363N8.5%550g110mm0.840s0.308N0.235N23.6%실험 분석 및 토론이론적으로 입자의 회전운동에서 작용하는 구심력은 mrw^2을 만족한다. 하지만 실험을 하면서 다양한 요인이 변수로 작용하여 구심력의 실험값과 이론값의 오차가 발생했다. 이러한 오차의 원인은 다음과 같다.구심력 측정장치의 센서 오류구심력 회전장치가 회전하지 않을 때 구심력은 이론상 0이 되어야 한다. 하지만 장비의 오류로 0이 아니었고 이를 구한 값에서 빼어 구심력을 구했지만 이러한 오류로 인해 미세한 오차가 발생했을 수 있다.주기 조절의 한계주기를 통제변인으로 놓고 실험을 진행할 때 매번 주기를 일정하게 맞춰줘야 하지만 아주 미세하게 실험 기구를 조절해도 항상 주기를 일정하게 해줄 수 없었다. 이러한 원인으로 오차가 발생했을 수 있다.추의 무게와 위치 조절의 한계실험을 진행할 때 동일한 무게의 추를 대칭적인 위치에 고정시켜줘야 하지만 추의 무게가 완전히 동일할 수 없고 추의 위치도 눈대중으로 맞추었기 때문에 완전한 대칭이라 할 수 없었다. 이러한 원인으로 오차가 발생했을 수 있다.공기저항에 의한 오차공기저항으로 인해 오차가 발생할 수 있는데 특히 회전운동을 하면서 주기를 작게 하여 속도가 빨리지는 상황에서는 공기저항이 더욱 커져 오차가 커질 수 있다. 이러한 원인으로 오차가 발생했을 수 있다.결론구심력 측정 장치를 이용해 여러 요인을 바꿔가며 실험을 진행하였다. 이론적으로 구한 구심력과 실험으로 얻은 값과 비교해보았다. 구심력 측정장치의 센서 오류, 주기 조절의 한계, 추의 무게와 위치 조절의 한계, 공기저항에 의한 오차 등 여러 오차 발생 원인으로 인해 오차가 발생했다. 오차가 크게 발생한 실험도 있었지만 대부분의 오차율은 10%이내였고 실험을 잘 진행하였다.참고 문헌일반물리학실험 (실험 1-9)

공학/기술| 2023.03.21| 6페이지| 2,000원| 조회(179)

건국대학교, A+, 에이플러스, 물리학및실험2, 물리학및실험1, 구심력 측정, 20..

미리보기

닫기