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[성균관대학교 A+] 일반물리학실험1 레포트 모음

1. 실험 목적시간에 따른 운동에너지, 위치에너지, 역학적 에너지를 측정하고, 각 에너지들의 경향성을 분석해본다.2.이론역학적 에너지란 물체의 운동에너지와 위치에너지의 합이다. 운동에너지와 위치에너지가 서로 바뀌면서 물체의 운동이 진행되어도 역학적 에너지는 변화하지 않고 보존된다. 외력이 가해지면 외력이 일을 해서 역학적 에너지가 증가하지만, 중력에 의한 가속운동은 물체의 퍼텐셜에너지로 간주되어 역학적 에너지가 변화하지 않는다.표준 위치에서의 퍼텐셜에너지를 0으로 정한다면, 높이 h인 곳에서 물체의 중력 퍼텐셜에너지는U=mgh이다. 또한, 물체의 운동 에너지는 T=1/2 mv^2이다. 하지만, 쇠공의 운동은 위 식으로 완전하게 설명되지 않는다. 쇠공 중심의 위치에 관계없이 쇠공은 회전운동을 할 수 있다. 그래서 쇠공의 운동에너지는 (질량 중심의 병진운동에너지 + 축에 대한 회전 운동에너지)로 설명할 수 있다. 질량 m, 반지름 r, 이동속력 v, 각속도 ω인 공의 운동에너지는T=1/2 mv^2+1/2 Iω^2이다. 여기서 관성모멘트 I는 I=2/5 mr^2이며, 미끄러지지 않고 굴러 내려오는 공의 각속도 ω는ω=v/r이다. 따라서 운동에너지는T=7/10 mv^2로 나타낼 수 있고, 공의 높이가 x일 때의 역학적 에너지는E=T+U=7/10 mv^2+mgx와 같이 나타낼 수 있다.

공학/기술| 2022.03.17| 10페이지| 6,500원| 조회(264)

물리학실험, 일반물리학실험, 물실, 일물실

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[성균관대학교 A+] 일반물리학실험1 고체의 비열 측정 실험

고체의 비열 측정 실험실험 목적몰 열량계를 이용하여 혼합방법으로 고체의 비열을 측정한다.이론물체의 단위 질량당 열 용량을 비열이라 한다.질량 mg인 물체에 Qcal 만큼의 열량을 가하여 온도가 에서 로 변하였다면, 그 물체의 비열은와 같이 나타낼 수 있다.물질의 비열은 온도변화 폭이 큰 경우가 아니라면, 그 변화는 매우 작아 비열 c는 물질의 고유상수로 취급될 수 있다.이와 달리 어떤 물체에 열량을 가하여 이 열이 상전이를 하는데 소모되었으면, 이 열량은 물체의 숨은 열이라고 한다. 이에는 용해열, 기화열, 승화열 등이 있다.실험 기구열량계, 증기 발생기, 디지털 온도계, 시료 가열 통, 시료 (알루미늄), 실리콘 호스, 비커, 저울, 전원공급장치, 마그네틱 바실험 방법실을 알루미늄에 연결하고, 고무마개를 열고 실을 넣고 고무마개를 닫아 고정한다.고무마개 중앙에 디지털 온도계를 끼운다.증기 발생기에 물을 넣고 끓인다.시료 가열 통 내의 온도가 급격히 증가하고, 일정치에 도달하면 발산열과 공급열이 평형을 이루어 일정한 온도에 도달한다. 이 온도를 기록한다.열량계 밑으로 시료가 들어가도록 한다. 다음 교반기를 저어주어 물이 일정온도에 도달하는가를 확인한다. 온도가 올라가다가 내려가는 지점의 최대온도를 기록한다.시료를 열량계 내부로 옮긴 다음 시료 가열 통 내에 시료를 집어넣는다. 이 때는 증기 발생기가 끓는 상황이므로 빠른 시간 내에 최고온도에 도달한다.실험 결과평균 비열 c를 구하기 위해,식을 이용하였다. ( 계산)이고, 두 온도의 차를 사용하기 때문에 와 K 무엇을 사용하든 값은 같게 나온다. 따라서 평균 비열을 구할 때 비열 이론값과 단위를 같게 하기 위해 단위를 를 K로 바꾸어 썼다.결과 분석두 실험의 상대오차는 각각 8%, 13%였다. 약간의 오차이지만, 이 오차가 발생한 원인을 분석하여 보겠다.디지털 온도계 사용에 따른 오차물체의 비열을 구하기 위해, 식을 계산한다.물당량을 구할 때와 마찬가지로 분모와 분자 모두에 온도의 차가 사용된다. 을 측정할 때 모든 경우에서 오차가 균일하게 나지 않았을 것이므로, 값과 값이 실제 온도의 차와 다를 것이다. 따라서 온도 측정에서 발생한 오차는 전체 비열의 오차를 크게 증가시킬 수 있다.디지털 온도계는 전류를 이용해 온도를 계산하므로 실제 온도와 만큼의 오차가 발생할 수 있다.첫 실험에서 디지털 온도계 사용으로 인한 오차가 최대로 발생한다고 가정하여 보겠다.분자의 값은 높이고, 분모의 값은 낮추어 계산하였다. 그러면 비열은 다음과 같이 구해진다.이 경우엔, 상대오차가 8%에서 58%까지 증가한다.따라서 온도 측정에서의 오차가 비열의 오차를 크게 증가시킬 수 있다.외부로의 열 손실외부로의 열 차단을 최대한 차단했다고 해도, 약간의 열 손실은 발생할 수밖에 없다. 열 손실 때문에 평형온도가 실제 값보다 낮게 측정되고, 이 경우엔 평균 비열이 낮게 측정된다.첫 번째 실험에서 물과 시료의 평형온도 T를 미지수 값으로 지정하고, 실험값과 이론값이 같을 때의 T값을 구해보겠다.따라서 실험의 오차가 외부로의 열 손실에 의해서만 발생했다고 가정할 때, 물과 시료의 평형온도가 외부로의 열 손실에 의해 0.135 감소했음을 알 수 있다.열량계의 재질을 플라스틱으로 가정하고, 위 열 손실값을 통해 열전도율을 구하여 실제 플라스틱의 열 전도율과 같은 지 비교하여 보겠다.열 전도율을 구하는 식은 다음과 같다.k에 열 전도도 0.16, A에 열량계의 면적, L에 열량계 플라스틱의 두께, 에 아까 구한 열 손실량인 0.135를 대입한다.면적의 경우, 지름이 18cm, 높이가 12cm인 원기둥 형태를 이용하였다고 가정하면 이다.또한 두께의 경우 0.5cm으로 가정한다.cm단위를 m단위로 바꾼 후 열 전도율을 구하면,플라스틱의 열 전도율이 로 알려져 있으므로 위 값은 실제 열 전도율과 어느정도 일치한다.따라서 의 열 손실은 플라스틱 열량계에서 발생할 수 있는 열 손실이라는 것을 확인하였다.그러므로 위 실험에서 비열의 오차는 열 손실에 의해 나타났을 가능성이 크다.결론실험을 통해 물과 시료의 질량, 온도, 평행온도를 측정하여 비열을 계산하고, 이를 알려진 이론값과 비교하였다. 두 번의 실험에서 8%~15%의 오차가 발생하였는데, 이는 더욱 정밀측정이 되는 온도계를 사용하거나 열 전도율이 낮은 열량계를 사용하여 열 손실을 줄이는 등의 방법으로 보완할 수 있을 것으로 보인다.참고 문헌일반물리학실험 – 성균관대학교 물리학과 물리실험위원회 편디지털 온도계 오차 Hyperlink "https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=cavern67&logNo=220837421888&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F" https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=cavern67&logNo=220837421888&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F열전도율/열전도도 계산https://blog.naver.com/coulmn/222268668751플라스틱 열전도도 Hyperlink "https://blog.daum.net/silver_dragon/13676514" https://blog.daum.net/silver_dragon/13676514플라스틱 열전도율https://www.gtp.or.kr/antp/new_tech/view.jsp?cPage=273&gubun=002&menu=71&no=73749&left=2

자연과학| 2022.03.17| 7페이지| 1,500원| 조회(283)

물리학실험, 일반물리학실험, 물실, 일물실

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[성균관대학교 A+] 일반물리학실험1 일의 열당량 측정 실험 평가A+최고예요

일의 열당량 측정 실험실험 목적전기 에너지가 열에너지로 바뀌는 과정에서 일과 열의 관계를 이해하고, 열의 일당량을 측정하여 이론값과 비교해 오차를 분석한다.이론물체가 마찰이 작용하는 표면 위에서 운동하는 경우, 외부 힘이 작용하지 않는다면 물체는 점점 느려지다가 멈추게 된다. 이는 물체의 운동에너지가 마찰로 소비되기 때문이다. 따라서 운동에너지의 변화는 마찰이 하는 일과 같다.즉, 에너지와 일은 동일한 것이다.운동하는 물체와 접촉면 사이에 마찰이 작용하면 물체의 표면이 따뜻해진다. 그러므로 식에 온도의 변화를 포함해야한다.따라서 운동에너지의 일부분은 마찰에 대한 일로, 나머지는 물체의 온도 상승(내부에너지 증가)에 사용된다.하지만 시간이 지나면 물체는 식는다. 이는 발생한 내부에너지가 열의 형태로 방출되기 때문이다. 따라서 단열상태가 아니라면, 식의 좌변에 열의 변화량을 더할 수 있다.만약 운동에너지를 고려할 필요가 없는 상황이라면, 위 식은 열역학 제 1법칙이 된다.이 법칙은 에너지 보존 법칙을 의미한다. 또한 열, 일, 에너지가 본직적으로 동일한 것임을 나타낸다. 이를 밝힌 과학자 줄은 1cal에 해당하는 열량이 4.186J임을 밝혔다. 이를 열의 일당량이라 정의한다.그리고 어떤 물체의 일당량이란 그 물체와 열용량이 같은 물의 질량이다. 물의 비열은 이므로, 어떤 물질의 열용량이 w(kcal/kg)이면 그 물체의 물당량은 w(kg)가 된다.실험 기구전기 열량계, 전원 장치, 전자 저울, 비커, 디지털 온도계, 초시계실험 방법물당량 측정질량 인 물을 전기 열량계에 담고, 전기를 공급하여 물의 온도를 올린다.상온의 질량 인 물을 비커에 넣고 온도 를 측정한다.전기 열량계의 물에 디지털 온도계를 담그고 스위치를 끈 후 온도가 일정할 때 온도 를 측정한다.과정 2에서의 물을 전기 열량계에 부어 합친 후, 온도가 일정하게 되었을 때의 온도 T를 측정한다.식을 이용해 물당량을 계산한다.일당량 측정열량계에 질량 m의 물을 붓는다.전원을 켜고 전류가 1A가 되도록 한 다음 전원을 끈다.열량계 내 온도가 일정할 때, 온도 을 측정한다.전원을 키고 온도가 2~3도 올라갈 때까지 전류를 공급한 후, 시간을 측정한다.전원을 끄고 온도가 일정해지면 온도 를 측정한다.식을 이용해 열의 일당량을 계산한다.실험 결과결과 분석세트3에서는 비교적 적은 3%의 상대오차가 나왔지만, 세트2와 4, 특히 세트 1에서는 오차가 상당히 크게 나왔다. 오차가 클 수밖에 없었던 이유는 다음과 같다.온도 측정에서의 오차 발생물당량을 구하기 위해, 식을 계산한다. 분모와 분자 모두에 온도 값이 사용되기 때문에, 온도 측정에서 오차가 발생하면 물당량 계산에서 오차가 더욱 불어날 수 있다.실험에서는 디지털 온도계를 사용하였기에, 디지털 온도계에서 발생하는 오차가 줄었다면 일당량에서의 오차가 얼마나 줄 수 있었을 지 계산해 보겠다.디지털 온도계는 전류를 이용해 온도를 계산하기에, 실제 온도와 만큼의 오차가 발생할 수 있다.1세트 실험에서 값을 낮추고, 값을 높여 다시 오차를 구해보면, 물당량은 다음과 같이 구해진다.즉, 온도 측정에서 의 오차로도 물당량은 2.5kg에서 22.7kg까지 변할 수 있다.물당량을 22.7kg로 가정하고, 일당량을 계산할 때의 온도의 차 또한 를 상승시킨다면 일당량 J는 다음과 같다.따라서 J=4.32가 되고, 상대오차는 736%에서 3%까지 내려간다.그러므로 디지털 온도계에서의 작은 오차는 물당량과 일당량의 계산 값과 오차에 큰 영향을 끼친다는 것을 확인할 수 있다.온도 변화량과 시간 변화량이 각 세트에서 비례하지 않음일당량을 계산할 때, 식을 이용한다. 식의 분자에서는 시간 값이 곱해지는데, 이는 전류를 공급한 후 온도가 2~3도 올라갈 때까지의 시간이다.세트1에서는 온도가 올라가는데 1200초가 걸렸고, 세트2에서는 온도 상승에 35.04초, 세트 3과 4에서는 의 온도 상승에 약 230초가 걸렸다.이 데이터들로 알 수 있는 사실은, 온도 변화량과 시간 변화량의 비율이 각 세트마다 꽤 차이가 난다는 것이다.온도가 상승하는데 세트1에선 521초가 걸리고, 세트 2에선 175초, 세트 3과 4에선 약 460초가 걸렸다.따라서 오차가 가장 적게 나는 온도 상승폭을 찾아, 모든 세트에서 일관성 있는 온도 변화량을 지정하여 시간을 측정해야 오차를 줄일 수 있을 것이다.세트1 실험에서 , t=521/2=260.5s를 이용해 일당량을 계산한다면, 다음과 같이 식을 쓸 수 있다.따라서 J=6.613이 되고, 상대오차는 736%에서 57%까지 감소한다.따라서 온도 변화량이 시간 변화량과 비례하지 않는다는 것이 일당량에서 큰 오차를 발생시킬 수 있음을 확인할 수 있다.결론일과 열의 관계를 이해하고, 실험 데이터를 통해 물당량, 열의 일당량을 계산하였다. 그리고 열의 일당량을 실제 이론값인 4.186J과 비교하여 오차를 분석하였다. 세트 1과 2 실험에서 상대오차가 상당히 크게 나왔지만 디지털 온도계 대신 온도의 정밀 측정이 가능한 온도계를 이용하거나, 오차가 가장 작게 나오는 경우의 온도 변화량과 시간 값을 이용해 일당량을 계산한다면 오차를 줄일 수 있을 것으로 보인다.참고 문헌일반물리학실험 – 성균관대학교 물리학과 물리실험위원회 편디지털 온도계 오차https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=cavern67&logNo=220837421888&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F

자연과학| 2022.03.17| 7페이지| 1,500원| 조회(266)

물리학실험, 일반물리학실험, 물실, 일물실

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[성균관대학교 A+] 일반물리학실험1 역학적 에너지 보존 실험 레포트

역학적 에너지 보존 실험실험 목적시간에 따른 운동에너지, 위치에너지, 역학적 에너지를 측정하고, 각 에너지들의 경향성을 분석해본다.이론역학적 에너지란 물체의 운동에너지와 위치에너지의 합이다. 운동에너지와 위치에너지가 서로 바뀌면서 물체의 운동이 진행되어도 역학적 에너지는 변화하지 않고 보존된다. 외력이 가해지면 외력이 일을 해서 역학적 에너지가 증가하지만, 중력에 의한 가속운동은 물체의 퍼텐셜에너지로 간주되어 역학적 에너지가 변화하지 않는다.표준 위치에서의 퍼텐셜에너지를 0으로 정한다면, 높이 h인 곳에서 물체의 중력 퍼텐셜에너지는이다. 또한, 물체의 운동 에너지는이다. 하지만, 쇠공의 운동은 위 식으로 완전하게 설명되지 않는다. 쇠공 중심의 위치에 관계없이 쇠공은 회전운동을 할 수 있다. 그래서 쇠공의 운동에너지는 (질량 중심의 병진운동에너지 + 축에 대한 회전 운동에너지)로 설명할 수 있다. 질량 m, 반지름 r, 이동속력 v, 각속도 인 공의 운동에너지는이다. 여기서 관성모멘트 I는이며, 미끄러지지 않고 굴러 내려오는 공의 각속도 는이다. 따라서 운동에너지는로 나타낼 수 있고, 공의 높이가 x일 때의 역학적 에너지는와 같이 나타낼 수 있다.실험 기구카메라, 직선궤도, 원형궤도, 기준자, 스탠드, 질량이 다른 구슬 두 개, 저울, 비커실험 방법직선궤도와 원형궤도를 이용해 공의 경로를 완성시킨다.공이 도착 후 더 굴러가지 않도록 궤도 끝에 비커를 설치한다.기준자를 궤도와 나란하게 배치한다.구술을 궤도 놓고, 굴러가는 것을 카메라로 촬영한다.4의 과정을 질량이 다른 구슬로 반복한다.실험 결과각 회차의 사진은 위부터 각각 퍼텐셜에너지, 운동에너지, 역학적 에너지의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다.퍼텐셜에너지는 로,운동에너지는 로,역학적 에너지는 (퍼텐셜에너지 + 운동에너지)로 계산하였다.맨 위 그래프의 가로축은 시간(sec), 세로축은 퍼텐셜에너지(J),가운데 그래프의 가로축은 시간(sec), 세로축은 운동에너지(J),아래 그래프의 가로축은 시간(sec), 세로축은 역학적 에너지(J)를 나타낸다.또한 각 회차의 표는 왼쪽부터 시간 t(sec), 높이 y(m), 속력 v(m/s), 퍼텐셜에너지 potential(J), 운동에너지 kinetic(J), 역학적 에너지 total(J) 이다.6.2g 구슬 이용1회차2회차3회차27g 구슬 이용1회차2회차3회차결과 분석(x축 : 시간(sec), y축 : 역학적 에너지(J)위 그래프는 공이 진행하면서 변화한 역학적 에너지를 나타낸 것이다.이 그래프에 1차식 추세선을 그었을 때,식에서 A값이 기울기이다.모든 실험에서의 A값은 음수이므로, 역학적 에너지가 보존되지 않고 어느정도 감소했음을 확인할 수 있다. 그러므로 역학적 에너지가 감소한 원인을 분석해보도록 하겠다.공기저항공이 레일을 따라 굴러가며 공기저항을 받으므로, 역학적 에너지가 감소할 수밖에 없다.공기 저항력은 (공기저항계수*물체의 속도) 이고, 실험에 사용된 물체는 공이므로 구체의 공기저항계수 0.47을 이용한다.6.2g 1회차 실험을 예로 들어보겠다.거리를 곱하여 일의 양을 구해야 하므로, 직선구간에서의 공기 저항력만 구해보겠다. y값이 0.0885로 가장 작아질 때까지의 각각의 v값에 0.47을 곱해 공기저항력 F(N)를 구하면,이와 같이 공기 저항력이 구해진다.직선구간에서 v값은 대체로 일정하게 증가하였으므로, 그래프는 1차함수와 비슷하게 그려진다.따라서 공기 저항력 또한 x축이 거리일 때 1차함수꼴 그래프가 나타나게 되고, 이 1차함수 아래의 사다리꼴의 넓이를 구하면 공기 저항력이 감소시킨 일의 양을 알 수 있다.여기서 직선구간 레일의 길이는 1.2m이다.이렇게 약 0.06J의 에너지가 공기 저항으로 인해 손실되었음을 알 수 있다.실제 실험값에 더해보면, 구슬이 가장 낮은 위치일 때의 역학적 에너지 0.027+0.063=0.09J로 초기 역학적 에너지 값인 0.04J과는 다소 차이가 있다.하지만, 공기저항이 역학적 에너지 감소에 상당한 영향을 끼친다는 것은 확인할 수 있다.레일과의 마찰력마찰력은 질량이 클수록 커진다.6.2g 구슬을 사용했을 때, 추세선 기울기 (A값)의 평균은 -0.015이고,27g 구슬을 사용했을 때 추세선 기울기의 평균은 -0.047이다.마찰력은 , 즉 (마찰 계수*수직 항력)으로 계산한다.실험에서 사용한 두 공과 레일의 재질을 같다고 가정하면, 마찰 계수는 같은 상수를 갖게 되므로 수직 항력만 비교하면 된다.수직 항력은 (지구중력*cos경사면과의 각도) 이므로,결국 마찰력은 질량에 비례하게 된다.두 구슬의 질량의 비는 27/6.2=4.35이고, 두 구슬을 사용한 추세선 기울기 평균의 비는 0.047/0.015=3.13이다.따라서, 레일에서의 마찰력이 역학적 에너지 감소의 원인이 될 수 있음을 확인할 수 있다.결론실험을 통해 운동에너지, 위치에너지, 역학적 에너지를 구하고, 역학적 에너지의 경향성을 확인하였다.역학적 에너지는 변하지 않고 보존된다는 이론과는 다르게 역학적 에너지가 다소 감소하는 것을 관찰할 수 있었는데, 이는 공기저항을 최소화하고 레일과 공의 재질을 바꾸어 마찰력을 감소시키는 것 등의 방법으로 보완할 수 있을 것으로 보인다.참고 문헌일반물리학실험 – 성균관대학교 물리학과 물리실험위원회 편공기저항계수 출처 Hyperlink "https://en.wikipedia.org/?title=Drag_coefficient" https://en.wikipedia.org/?title=Drag_coefficient마찰력 출처 Hyperlink "https://namu.wiki/w/%EB%A7%88%EC%B0%B0%EB%A0%A5" https://namu.wiki/w/%EB%A7%88%EC%B0%B0%EB%A0%A5수직 항력 출처https://terms.naver.com/entry.naver?docId=4390002&cid=60217&categoryId=60217

자연과학| 2022.03.17| 14페이지| 1,500원| 조회(238)

물리학실험, 일반물리학실험, 물실, 일물실

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[성균관대학교 A+] 일반물리학실험1 구심력 측정 실험 레포트

구심력 측정 실험 보고서실험 목적용수철에 의해 등속 원운동 하는 물체의 질량, 궤도 반지름, 주기를 측정하여 구심력을 구하고, 용수철의 복원력과 비교하여 두 값이 차이가 나는 이유를 분석해본다.이론먼저 원심력과 구심력의 차이와 관계에 대해 서술하고자 한다.구심력이란 원운동하는 물체에서 원의 중심으로 작용하는 힘이다. 이 힘은운동방향에 수직으로 작용하여 물체의 운동방향을 지속적으로 바꾸기 때문에 물체가 원운동을 하기 위해 필요한 필수적인 힘이다.반면 원심력은 구심력과 반대 방향으로 작용하는 가상적인 힘이다. 원운동을 하는 관찰자에게는 자신이 정지해 있으므로 뉴턴 운동 법칙에 따라 알짜힘이 0이 되어야 한다. 이를 설명하기 위해서는 원의 중심으로 작용하는 구심력의 반대 방향으로 작용하며, 구심력과 크기가 같은 가상의 힘이 필요하다. 이 가상의 힘을 우리는 원심력이라고 한다.따라서 원운동하는 물체에서 우리가 측정하고 계산할 수 있는 힘은 실재하는 힘인 구심력이다.반지름이 r인 원궤도를 따라 등속원운동을 하는 질량 m인 물체에게 작용하는 구심력은 다음과 같다.v는 물체의 속도이고, 속도와 주기는 다음과 같은 관계를 가진다.이를 위 F에 관한 식에 대입하면 다음과 같은 식을 구할 수 있다.또한 이 실험에서 용수철의 복원력은 물체에 구심력으로 작용한다.용수철의 탄성계수를 k, 변위를 x라고 하면 구심력 F를 다음과 같이 나타낼 수 있다.이 두 식을 이용하여 구심력을 구하고, 두가지 식에서의 차이를 분석할 것이다.실험 기구구심력 측정 장치, 추, 용수철, 용수철 상수 측정 장치실험 방법용수철의 탄성계수 측정용수철 측정 장치에 실험에서 사용할 용수철을 끼운 후, 추를 올려놓지 않았을 때의 용수철의 길이를 측정한다.추를 100g에서부터 무게를 늘려가며 올려놓으면서 용수철이 변한 길이를 측정한다.측정값을 통해 탄성계수 값을 구한다.구심력 측정질량이 같은 두 개의 추를 측정장치의 회전봉 양쪽에 끼운다.탄성계수가 같은 두 개의 용수철을 회전봉에 넣은 후, 고정나사를 이용해 고정시킨다.회전 막대가 일정한 속도로 회전하도록 전압과 나사를 조정한다.회전추를 바꾸어 실험을 반복한다.실험 결과다음 그래프의 x축은 t(sec), y축은 x(m)이다.사인 추세선에서 B값을 구한후,위 식을 이용해 주기(T) 를 구할 것이다.조건1 : 추무게 150g, 용수철 상수 326.67 N/m세트 1B값 : 30.52세트2B값 : 36.12세트3B값 : -40.57세트1세트2세트3r(m)0.0390.0510.069T(sec)0.2050.1730.154구심력 F(N)5.4499.98017.035x(m)0.0180.0330.043F(N)5.88010.78014.046조건2 : 추무게 200g, 용수철 상수 557.77 N/m세트1B값 : 30.20세트2B값 : 40.57세트3B값 : -40.58세트1세트2세트3r(m)0.0390.0490.063T(sec)0.2070.1540.154구심력 F(N)7.11316.13020.748x(m)0.0130.0380.039F(N)7.25121.19521.753결과 분석결과값이 튀는 조건1 3회차 실험을 제외하면, 회전 반지름과 주기로 구한 구심력이 탄성계수로 구한 용수철의 복원력보다 다소 작았다. 이 차이가 나는 원인에 대해 분석해보도록 하겠다.공기저항구심력 측정 기계로 원운동을 시켰지만, 공기저항은 존재한다.용수철의 복원력을 구할 때는 공기저항을 고려할 필요가 없지만 구심력을 구할 때는 원운동 영상에서 직접 주기를 구한 다음 그 값을 이용하기 때문에, 공기저항이 고려돼야 한다.조건2 2회차 실험을 예로 들어보겠다.이 실험에서 구심력은 16.13N이고 복원력은 21.195N이다. 여기서 구심력에 공기 저항력을 더해주면 복원력에 더욱 근접한 값이 나올 것이다.공기 저향력은 (공기저항계수*물체의 속도)로 구할 수 있으며, 실험에 사용된 추와 회전봉은 Long Cylinder로 공기저항계수는 0.82이다.회전속도를 구하기 위해 반지름(r)으로 원의 둘레를 구한 후, 주기(T)로 나눠주면,속도는 1.998m/s가 나온다.그러므로, 공기 저항력기존 구심력 16.13N에 공기 저항력을 더해주면 17.76N으로 용수철의 복원력 값에 더욱 근접해진다.따라서, 공기저항은 이 두 값의 차이에 어느정도 영향을 미친다고 볼 수 있다.용수철의 복원력이 점점 감소함용수철의 복원력을 구하기 위해 변위(x값)와 용수철의 탄성계수를 곱한다. 하지만 용수철의 복원력은 힘을 받으며 점점 감소하기에, 영상의 시작 부분과 마지막 부분의 변위는 차이가 난다.조건1 1회차 실험을 예로 들어보겠다.왼쪽이 영상의 시작, 오른쪽이 영상의 마지막 부분의 변위이다.영상의 시작 부분에선 변위가 약 0.018m이지만, 영상의 마지막 부분에선 변위가 약 0.017m로 약 0.001m 감소했음을 알 수 있다.이는 결과적으로 용수철의 복원력을 계산했을 때 결코 작지 않은 수인데, 변위가 0.018m일 때 용수철의 복원력은 5.88N이지만, 변위가 0.017m일 때 용수철의 복원력은 5.553N이다.조건1 1회차 실험의 구심력이 5.449N이므로, 용수철의 복원력이 점점 감소하는 것이 구심력과 복원력의 차이의 원인이 될 수 있음을 확인할 수 있다.결론원운동하는 물체의 질량, 궤도 반지름, 주기를 이용해 구심력을 계산하고, 이를 변위와 용수철의 탄성계수를 통해 구한 복원력과 비교하였다.두 힘의 크기에서 약간의 차이를 발견할 수 있었는데, 이는 공기저항의 최소화, 용수철의 탄성력 감소 방지 등으로 보완할 수 있을 것으로 보인다.참고 문헌일반물리학실험 - 성균관대학교 물리학과 물리실험위원회 편원심력 이론 출처 : Hyperlink "https://terms.naver.com/entry.naver?docId=4389950&cid=60217&categoryId=60217" https://terms.naver.com/entry.naver?docId=4389950&cid=60217&categoryId=60217공기저항계수 출처 :https://en.wikipedia.org/?title=Drag_coefficient

자연과학| 2022.03.17| 9페이지| 1,500원| 조회(852)

물리학실험, 일반물리학실험, 물실, 일물실

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