병진 운동에서 힘에 저항하려는 성질을 관성이라고 한다. 그리고 이 관성의 많고 적음을 나타내는 물리량을 (질량)이라고 한다. 그래서 질량이 (클)수록 물체의 속도 변화율, 즉 가속도가 작아진다. 이는 질량이 (클)수록 주어진 힘에 대해 운동 상태의 변화(가속도)가 작게 일어남을 의미한다. 한편, 회전 운동에서는 회전축에 대하여 물체를 회전시키는 힘의 능률을 토크(torque, 또는 회전력)이라고 하고, 이 (토크)에 대해 저항하려는 성질을 회전관성이라고 한다. 그리고 이 회전관성의 많고 적음을 나타내는 물리량을 (관성모멘트)라고 한다. 경험에 비추어 생각해 봐라! 물체를 회전시킬 때는 질량이 (클)수록 가속하여 회전시키기가 어렵다. 또한, 같은 질량이더라도 질량이 회전축으로부터 (멀리) 분포할수록 가속하여 회전시키기가 더 어렵다.
1. 이 실험의 목적을 써 보아라. → 기주공명 장치를 이용하여 공기 중에서의 소리의 속도를 측정한다. 또한, 유체 내에서의 소리의 전파 원리와 파동의 특성으로서의 공명정상파를 이해한다.2. 다음은 이 실험의 ‘2. 실험 개요’를 옮겨 적은 글이다. 괄호에 알맞은 말을 써 넣어라.기주공명 장치(유리관)에 물을 채우고, 유리관 바로 위에서 소리굽쇠를 진동시키며 유리관의 물 높이를 낮추어 가면, 어느 특정한 (수면) 높이에서 공명음이 크게 발생한다. 이 공명음은 기주공명 장치 내의 공기 기둥이 (공명정상파)를 이룰 때 발생하는 소리로, 공명음이 발생하는 수면의 높이 즉, 공명정상파의 (마디) 점들을 찾아 이 (마디) 점간의 거리를 측정하여 공명정상파의 (파장)을 알아내고, 이 (파장)과 소리굽쇠의 (진동수)의 곱으로 공기 중에서의 소리의 속도를 구한다
1. 실험 목적원운동을 일으키는 힘인 구심력을 이해한다.2. 실험 개요용수철의 한쪽 끝은 회전축에 두고 다른 쪽 끝은 실을 매개로 하여 3중추라는 물체를 연결하여 회전축에 대해서 등속원운동을 시킨다. 이러한 운동에서 3중추의 질량과 회전축으로부터 3중추까 지의 거리, 회전 운동의 주기를 측정함으로써, 3중추의 원운동을 일으킨 힘인 구심력을 측정한다. 한편, 3중추의 회전 중에 용수철은 일정한 길이만큼 늘어난 상태에 있게 되고, 이로 인한 용수철 의 복원력은 3중추를 회전의 중심, 즉 원운동의 중심 방향으로 계속해서 잡아당기는 역할을 함을 이해한다. 이러한 원운동의 관찰로부터 용수철의 탄성력이 바로 3중추의 원운동의 구심력으로 작 용함을 이해한다. 용수철의 탄성력은 힘의 평형을 이용하여 질량추의 무게로 간접 측정하고, 이 용수철의 탄성력 의 측정값을 이론값으로 삼아 앞서 회전 운동의 관측값(3중추의 질량과 회전축으로부터 3중추까지 의 거리, 회전 운동의 주기)으로부터 측정한 구심력을 실험값으로 하여 두 값을 비교하고 일치함을 확인한다. 그리고 이 두 값의 일치로부터 회전 운동에서의 구심력의 정의식이 옳음을 확인하고 구 심력의 의미를 바로 이해한다.
1. 이 실험의 목적을 써 보아라. → 힘의 평형을 실험하고 이 과정에서 벡터로서의 힘의 합성과 분해를 이해한다. 2. 다음의 물리량 중 크기와 방향을 모두 갖는 양으로 정의되는 벡터량이 아닌 것은? → ⑤ 에너지(스칼라량) 3. 다음 중 벡터에 대한 설명으로 옳지 않은 것을 모두 골라라. → ② 교환 법칙은 성립하나 결합 법칙은 성립하지 않는다. → ④ 벡터는 평행 이동하면 그 값이 달라진다.< 중 략 >7. 다음 중 이 실험에서 사용하는 실험 기구가 아닌 것은? → ③ 포토게이트 타이머 8. 이 실험에서 사용하는 실험 기구인 ‘원형 고리’의 역할을 써 보아라. → 고리의 세 군데에 장력이 작용하는 실을 묶어 원형각도기의 정중앙에 둠으로써 힘의 평형상태 에 있는 질점의 역할을 한다. 9. 그림 12 또는 13과 같이 원형 고리가 원형각도기의 정중앙에 정확히 위치하게 하기 위해서는 최종적으로 도르래를 미세하게 움직여 원형 고리의 움직임을 만들어야 하는데, 이때 어떤 실과 닿 은 도르래를 움직여야 하는가?
작은 쇠구슬을 실에 매달아 진자를 구성한 후 연직면 상에서 5°이내의 작은 각으로 진동운동 시키고 진자의 단조화운동을 관찰하며 포토게이트 타이머 시스템을 이용하여 진자의 주기를 측정한다. 이 주기 측정값과 진자의 길이 측정값을 식 (12)의 중력가속도 실험식에 대입하여 중력가속도를 구한다. 이어 진자의 길이를 변화시켜가면서도 실험하며 진자의 길이 변화에 따른 주기 변화를 관찰하고 중력가속도를 측정한다. 이렇게 측정한 중력가속도의 실험값을 중력가속도의 참값과 비교하여 그 일치를 확인하여 본다. 그리고 일치의 확인으로부터 단조화운동을 해석하여 얻은 중력가속도 실험식이 옳음을 확인하고, 이를 통해 단조화운동을 이해하도록 한다.결과분석1) 작은 값에 대하여 sin임을 확인 실험 결과 sin(rad)는 평균 차이 백분율이 0.2750으로, 작은 값에 대하여 sin 임으로 둘 수 있다는 것이 측정되었다. 각이 1°였을 때에는 sin(rad)이 오차범위 내에서 동일하였으며, 대체적으로 각도가 커질수록 차이 백분율이 증가하였다. 12°의 경우에는 차이 백분율이 0.73590으로 큰 값으로 상승하였음을 확인할 수 있었다.2) 구형 추의 반지름 측정 버니어 캘리퍼스를 이용하여 구형 추의 지름을 측정한 결과 지름은 3.5cm임을 알 수 있었고, 따라서 반지름은 1.75cm로 측정하여 실험에 이용되었다.