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일반물리실험1 - 9. 기압 결과 결과보고서

실험 결과 레포트실험명9. 기압 변화 현상실험날짜교수님조교님학번이름0. 이론-외부 압력이 클수록 끓는점이 올라감-외부 압력이 클수록 (물체 내부 압력이 일정하다고 가정) 물체의 부피 작아짐1. 실험 기구의 이해2. 기압에 의한 물체의 변형(1) 기압에 따른 변화를 보고 싶은 물체들(풍선, 초코파이 등)을 선택하여 용기 내부에 넣고 뚜껑을 닫는다. 펌프를 사용하여 내부의 압력을 높이거나 낮출 수 있다.(2) 기압의 변화에 따른 물체들의 변화를 관찰하고 적어보라. 이를 공기분자의 운동으로 설명해보라.-풍선에 감암했을 때는 풍선이 팽창하였고, 충선에 가압했을 때는 풍선이 수축하였다.-마찬가지로 초코파이를 감압했을 때 초코파이가 팽창하였다.-압력이 커지면 공기분자의 움직임이 활발해지고, 압력이 작아지면 공기분자의 움직임이 느려진다.-감압이란, 용기 내부의 압력을 감소시키는 것이다. 용기를 감압하게 되면 용기의 공기분자가 풍선을 누르는 힘이 약해져 풍선이 팽창한다.-가압이란, 용기 내부의 압력을 증가시키는 것이다. 용기를 가압하게 되면 용기의 공기분자가 풍선을 누르는 힘이 강해져 풍선이 수축한다.(3) 선택 활동: 용기 내부에 소리나는 물체를 넣어두고 바깥에서 소리를 들어보라. 압력이 바뀌면 소리가 어떻게 달라지는가? 그 이유는 무엇일까?-용기를 가압했을 때, 소리는 크고 선명하게 들린다.-용기를 감압했을 때, 소리는 작고 희미하게 들린다.-소리는 공기를 매질로 하는 음파로 전달된다. 압력이 증가하면(가압) 공기분자들이 활발하게 움직이기 때문에 소리가 크고 선명히 들리고, 압력이 감소하면(감압) 공기분자들이 둔하게 움직이기 때문에 소리가 작고 희미하게 들린다.3. 압력에 따른 온도 변화(1) 정해진 양의 공기를 주사기 등으로 팽창시킬 때 공기의 온도는 어떻게 변할까? 또 압축시킬 때는 온도가 어떻게 변하겠는가?-공기분자들이 서로 충돌할 때 에너지가 발생하는데, 충돌횟수가 많을수록 큰 에너지가 발생하고 충돌횟수가 적을수록 작은 에너지가 발생한다. 이때 에너지는 온도에 비례한다.-즉, 용기를 압축시키면 충돌횟수가 많아져 온도가 높아지고, 용기를 팽창시키면 충돌횟수가 적어져 온도가 낮아진다.(2) 내부 물체를 모두 제거한 후, 내부 압력에 따라 내부 기체의 온도가 어떻게 변하는지 관찰하고 기록해보라. (실험을 너무 빠르게 진행하면 온도계가 기체의 온도를 정확히 읽을 수 없고, 실험을 너무 늦게 진행하면 용기 내부와 바깥의 열 교환에 의해 온도 변화가 감소할 수 있다.)-대기압일 때 26.6DEG기압 (대기압=1.0 기준)0.60.70.80.91.01.11.21.31.4온도 (℃)25.325.625.82626.526.82727.327.5(3) 압력과 온도와의 상관관계를 그래프로 그려보라. (측정 직후 그래프를 손으로라도 대략 그려보는 것이 좋다.)4. 압력에 따른 끓는점의 변화(1) 물이 액체에서 기체 상태로 변하는 온도(끓는점)는 섭씨 100도라고 알려져 있다. 그러나 물의 상평형 곡선을 보면 끓는점이 외부 압력에 따라 달라짐을 볼 수 있다. 이 그래프에 의하면 압력이 낮아질수록 끓는점은 올라가는가, 아니면 내려가는가? 그 이유를 설명해보라.-그래프를 보면 알수있듯이 압력(y축)이 높아질수 록 끓는점(온도, x축)이 높아진다.-반대로 압력(y축)이 낮아질수록 끓는점(온도, x 축)역시 감소한다.-즉, 대기압력이 낮아질수록 물을 끓이는데 필요한 온도가 낮아져 낮은 온도에서도 물을 끓일 수 있게 된다.(2) 위의 그래프(증기압력곡선)에 의하면 100도에 못 미치는, 약간 식어버린 물이라도 압력만 바꿔준다면 다시 끓게 만들 수 있다! 전기 주전자로 데운 뜨거운 물을 용기 안에 넣은 후 압력을 낮추어 물이 끓게 만들어보라.-전기포트로 물을 끓인 후 압력 용기에 넣었을 때 물의 온도 : 88°C (=끓는점)-감압 0.05 MPa 했을 때 85°C에서 끓음(끓는점 낮아짐)(3) 이 실험장치를 사용하면 기압과 물의 온도를 동시에 잴 수 있으므로, 증기압력곡선의 일부를 직접 측정해볼 수도 있을 것이다. 시도해보라.기압 (대기압 기준)0.51.0끓는점 (℃)85100이 두점을 이용해 그래프를 그린다

공학/기술| 2021.03.27| 4페이지| 1,500원| 조회(134)

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일반물리실험1 - 8. 정상파 실험 결과보고서

실험 결과 레포트실험명8.정상파 실험실험날짜교수님조교님학번이름0. 이론-f`=` {v} over {lambda }-진동수를 결정하는 요소는 파장과 파동 속력1. 공기의 진동(소리)(1) 진동기의 앞면 단자에 스피커를 연결한다. 전원을 ON하고 주파수와 진폭을 조절하면 그에 해당하는 전기 신호가 스피커에 입력되어 소리가 들린다. (주의사항: 진폭 수치가 낮아도 충분히 실험이 가능하니 함부로 2 이상으로 높이지 않도록 한다.)(빨간 손잡이를 돌리면 주파수 수치의 자릿수(× 1 Hz, × 10 Hz, × 100 Hz)가 바뀌게 된다. 첫 번째 숫자는 × 0 Hz가 아니라 × 1 Hz이 맞다.)(2) 주파수와 진폭을 바꾸면 소리가 어떻게 달라지는지 확인해보라. 당신이 들을 수 있는 주파수 영역은 몇 Hz부터 몇 Hz까지인가?-30Hz ~ 18000Hz까지 들을 수 있다.2. 고리에서의 정상파(1) 아래 그림과 같이 진동기에 원형철사고리를 장착한다.(2) 주파수를 바꾸어가면서 언제 원형고리에 정상파가 형성되는지 관찰한다. 정상파가 나타났을 때의 진동 주파수(이를 철사고리의 고유주파수라고 부른다)를 기록하고 진동하는 모습을 사진으로 찍는다.(3) 가장 낮은 주파수로부터 시작해서 4개의 고유 주파수를 찾아보라. 이들의 진동형태에는 어떤 특징이 있는가?-첫 번째로 본 정상파는 원형철사고리가 위 아래 로만 진동하는 모습(8Hz)-두 번째로 본 정상파는 원형철사고리가 삼각형의 세 꼭짓점 부분이 진동하는 모습(16Hz)-세 번째로 본 정상파는 원형철사고리가 마름모의 네 꼭짓점 부분이 진동하는 모습이었다 (25Hz)-주파수가 커질 때마다 원 사이의 공간이 늘어났다.3. 줄의 정상파 관찰하기(1) 줄의 한쪽 끝을 진동기의 바나나 잭에 고정하고 줄의 다른 쪽에는 추를 매단 후 도르래에 걸쳐둔다.-L=0.8m, m=0.02kg(2) 진동기에 특정 주파수의 사인파를 보내어 진동을 일으킨다. (낮은 주파수의 진동에서 출발해보라.) 특히 낮은 주파수에서 진동의 세기를 너무 크게 하지 않도록 조심한다.(3) 주파수를 변화시켜보면서, 줄의 진동폭이 커질 때(정상파가 형성되었을 때)의 주파수를 기록하고, 진동모습을 사진으로 찍는다. 몇 가지의 정상파를 관찰할 수 있는가?-실험은 4번 진행하였다.-이때 진동수는 각각 12Hz, 18Hz, 22Hz, 31Hz 이었다.(4) (3)에서 관찰한 정상파의 파장을 측정하여 아래 표에 기록하라. 차수에 따른 진동수와 파장의 규칙을 찾아보라.길이, L= ( 0.8m ) 장력, F=( 0.196N )정상파 차수진동수(f)파장(λ)파동의 속력(v)#112Hz0.809.6m/s#218Hz0.539.6m/s#322Hz0.408.8m/s#431Hz0.329.9m/s(5) 파장과 진동수로부터 파동의 속력을 구해보라. 파동의 속력은 주파수에 따라 달라지는가? 아니면 일정한가?-파동의 속력은v`=`f lambda 이다.-변수에 f(진동수, 주파수)가 포함되어있지만 실험결과에 따르면 약간의 변화만 있을 뿐 대체러 일정하다. 즉, 주파수 f는 속도에 영향을 거의 미치지 않는다고 말할 수 있다.4. 줄의 길이와 장력에 따른 변화(1) 줄의 길이나 장력(추의 질량을 바꾼다)을 바꿔보면서 고유 진동수를 다시 찾아보라.기본 길이, L= ( 0.8m ) 기본 장력, F=( 0.196N )바꾼 길이, L= ( 1.0m ) 기본 장력, F=( 0.196N )정상파 차수진동수(f)파장(λ)파동의 속력(v)#110Hz1.0010m/s#214Hz0.679.3m/s#319Hz0.509.5/ms#424Hz0.409.6m/s기본 길이, L= ( 0.8m ) 바꾼 장력, F=( 0.392N )정상파 차수진동수(f)파장(λ)파동의 속력(v)#117Hz0.8013.6m/s#225Hz0.5313.3m/s#334Hz0.4013.6m/s#443Hz0.3213.8m/s(2) 줄의 길이와 장력의 변화는 파장과 파동의 속력에 어떤 영향을 미치는가? 이론을 통해 예측한 결과와 실험 결과를 비교해보라.-줄로 연결되어있을 때 속력은v`=` sqrt {{F} over {mu }}이다. 이 식에 따르면 줄의 길이의 변화는 속력에 영향을 주지 않고 장력의 변화는 영향을 미친다.-실험에서 선밀도mu 는 변하지 않는다.-따라서 장력은 그대로 두고 줄의 길이를 바꿨을 때는 속력이 변하지 않을 것이다.-반대로 장력F를 다르게 하면 파동의 속력이 달라질 것이다.-이때 장력 F는 추의 무게를 다르게 하여 바꿀 수 있다.-실험과 이론을 비교했을 때 약간의 오차는 있었지만, 이론과 비슷하였다. (길이를 다르게해도 속력의 변화 거의없음, 장력을 다르게하면 속력의 변화생김)5. 생각해보기(1) 현악기에서는 줄의 고유 진동수가 음의 높낮이를 결정한다. 거문고나, 바이올린, 기타에서 음 높이를 조절하기 위해 어떻게 장력이나 줄의 길이를 바꾸는지 말해보라.-현악기는 줄감개로 줄을 감아서 음의 높이를 조절한다(바이올린, 기타 등)-줄감개를 조절할 때 줄의 길이는 변하지 않지만 장력이 변하여 음의 높낮이를 변화시킬 수 있다.-거문고 같은 현악기는 악기의 목 부분의 현을 눌러 줄의 길이를 바꿔 음높이를 조절한다.(2) 실제 악기에서는 이번 실험처럼 모터를 특정 주파수로 구동하지 않고도 원하는 음을 발생시킨다. 어떻게 그것이 가능한가?

공학/기술| 2021.03.27| 5페이지| 1,500원| 조회(313)

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일반물리실험1 - 7. 용수철 진동 결과보고서

실험 결과 레포트실험명7. 용수철 진동과 공진실험날짜교수님조교님학번이름0. 이론주기T`=` {2 pi } over {omega }이다.진동수는 주기의 역수이므로f`=` {1} over {T} `=` {omega } over {2 pi }이 된다.이때{dx} over {dt} = {d} over {dt} (Acoswt)=-Awsinwt를 풀면m(-Aw ^{2} coswt)=-k(Acoswt)이 되고 이 식에서w= sqrt {{k} over {m}}을 얻을 수 있다.이w= sqrt {{k} over {m}}을f`=` {1} over {T} `=` {omega } over {2 pi }에 넣어 정리하면f`=` {1} over {2 pi } sqrt {{k} over {m}}이 된다.따라서 진동주파수 f를 결정하는 요소는 상수 k와 질량 m 이다.1. 용수철 상수 k 측정하기(1) 용수철의 한쪽 끝을 스탠드에 고정한다.(2) 질량이 다른 몇 개의 추를 용수철에 매달아 늘어난 길이를 측정하고 이로부터 용수철 상수 k를 구한다.m늘어난 길이(x)추 무게0.5N용수철1N용수철2N용수철5N용수철5g2.2cm1.1cm0.5cm0.3cm10g4.5cm2.1cm1.0cm0.7cm15g6.5cm3.0cm1.5cm0.9cm20g8.5cm3.8cm2.0cm1.1cm용수철 상수 k2.174.459.816.3(3) 이후 실험 중 용수철을 교체하게 될 때마다 같은 방법으로 k 값을 측정한다.2. 용수철 진동 중 에너지 변환(1) 용수철에 적당한 질량의 추를 걸고 평형상태에서 용수철을 조금 더 잡아당긴 뒤 그 위치(h1)를 측정한다. 이제 추를 놓으면 추가 상하로 진동할 것이다. 추가 최고점에 올라갔을 때의 위치(h2)를 측정한다.-2N용수철 사용-k=9.8-추의 질량은 20g-처음위치는 34.5cm(h), 나중위치는h _{1}=30cm,h _{2}=38cm(2) 추가 운동하는 동안 최고점, 중앙점, 최저점에서 중력 위치 에너지와 탄성 위치에너지, 운동 에너지를 각각 구해보라. (중앙점에서의 운동 에너지는 측정이 불가능하므로 비워둔다.)에너지종류최고점(h _{2}=38cm)중앙점(34cm)최저점(h _{1}=30cm)중력위치에너지0.07450.06660.0588탄성위치에너지0.00600.00010.0099운동에너지00총에너지0.8050.7460.687-U _{g} `=`mgh,```U _{e} `=` {1} over {2} kx ^{2} ,```K``=` {1} over {2} mv ^{2} ```(3) 총에너지가 보존된다는 가정 하에 중앙점에서의 운동 에너지를 추측하고, 그에 따른 물체의 속력을 추정해보라.-총에너지를 0.746이라고 가정하면, 중앙점에서의 운동에너지는 0.6793이고, 이에 따른 속력은 8.24m/s이다.(4) 만일 총에너지가 보존이 안 된다면 어떤 이유이겠는가?-용수철이 평행상태일때도 에어컨 바람을 바로 맞아 흔들렸다.-에어컨바람과 같은 외력이 발생하였다.-이론처럼 상하로만 진동하는게 아니라 좌우로도 흔들려 에너지손실이 일어났다.3. 고유 진동수(1) 위와 같은 진동에서 추의 진동 주기를 측정한다. 측정 방법은 각자가 고안한다. (1회 진동의 주기를 측정하면 오차가 크지만, 10회 진동하는데 걸리는 총시간을 측정하면 오차가 줄어든다.) 진동 주기(T)로부터 초당 진동 횟수인 진동수(f=1/T)를 구하라.-평형상태 34.5cm에서 30cm까지(아래로 4.5cm늘림) 늘렸을 때 10회 진동하는데 걸린 시간=3.86s, 3.6s, 3.36s, 3.94s, 4.17s (평균값 T=3.78s)따라서 고유진동수f= {10} over {T}=2.64Hz이다.(2) 진동 폭이 클 때와 작을 때 진동수에 어떤 변화가 있는지 살펴본다.-진동폭을 작게 (평형상태 34.5cm에서 아래로 2.5cm늘려 32cm까지 늘렸을 때)T=3.58s f=2.79Hz-고유진동수와 비교하면 약간의 차이는 있지만, 이론상으로는 진동폭과 관계없이 진동수는 항상 일정해야 한다.-작은 오차는 에어컨 바람같은 외력의 영향이라고 생각한다.(3) 직관적으로 판단해보라. 질량이 커지면 진동이 빨리지겠는가 느려지겠는가? 또, 딱딱한 (k값이 큰) 용수철을 쓰면 어떻겠는가? 실제로 용수철과 추를 바꿔보며 진동 주파수에 어떤 변화가 있는지 그 관계를 조사해본다. (예비 보고서 내용을 참조할 것.)-질량이 커지면 진동은 느려질 것이고, 딱딱한 용수철을 사용할 경우 진동은 빨라질 것이다.-질량을 크게 했을 때(20g>>40g)평형상태=32.5cm에서 28cm까지 (아래로 4.5cm 늘림) 늘렸을 때 T=4.43s따라서 진동이 느려졌음을 알 수 있다.-딱딱한 용수철(k값이 큰)을 사용했을 때(2N을 사용했을 때와 비교하기위해 1N사용)평형상태=33cm에서 28.5cm까지 (아래로 4.5cm 늘림) 늘렸을 때 T=4.5s비교해 보면 2N용수철(k값 큼) 진동수 2.64 > 1N용수철(k값 작음) 진동수 2.22이다.따라서 K값이 클수록 진동이 빨라짐을 알 수 있다.4. 강제 진동(1) 추를 매달되 진동이 없도록 추를 정지시킨다.(2) 스탠드의 위쪽(용수철이 고정된 부분)을 손가락으로 눌렀다 놓으면 용수철에 미세한 진동이 전해진다. 이 부분을 주기적으로 눌렀다 놓았다 하면서 추의 진동이 점점 더 심해지도록 만들어보라. 최대 진동폭은 얼마인가? (진동폭이 지나치게 커지지 않도록 주의하라.)-진동 범위:31.5cm~37cm 최대 진동폭=5.5cm이다.(3) 진동폭을 크게 하기 위해 손가락으로 가해준 진동의 주파수는 얼마인가? 아까 3번에서 구한 고유 진동수 값과 비교해보라.-평형상태 34.5cm에서 30cm까지 (아래로 4.5cm) 늘렸을 때 T=3.78s, f=2.58Hz손으로 진동을 가했을 때의 진동수값이 고유진동수값보다 작게 나왔다(4) 일부러 고유 진동수보다 큰 진동수, 혹은 작은 진동수로 힘을 주어보라. 진폭은 어떻게 되는가?-진동수를 크게(빨리 때렸을 때)진동범위:32.5cm~37cm 최대진동폭 4.5cm(진폭 작아짐)-진동수 작게(느리게 때렸을 때)진동범위:32~36.5cm 최대진동폭 4.5cm (진폭 작아짐)-고유진동수보다 크거나 작은 진동수로 힘을 주게 되면 힘이 상쇄되어 진폭이 작아지면서 제대로 된 진동을 하지 못한다.(5) 손으로 가하는 진동의 주파수에 따라 진폭이 달라지는 이유를 설명해보라. (어려운 용어를 사용하지 않고, 초등학생도 이해할 수 있도록 직관적인 설명을 해보라.)-비슷하게 그네로 생각을 해 보면, 그네를 밀어줄 때 적절한 타이밍에 맞게 밀어주면 높이까지 올라갈 수 있지만, 타이밍이 어긋날 때 밀어주게 되면 오히려 높이가 낮아지게 된다.-즉, 물체를 고유진동수가 아닌 다른 진동수로 힘을 주게 되면 진폭이 줄어들게 된다.

공학/기술| 2021.03.27| 5페이지| 1,500원| 조회(293)

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일반물리실험1 - 6. 구슬 롤러코스터 결과보고서

실험 결과 레포트실험명6. 구슬 롤러코스터실험날짜교수님조교님학번이름0. 이론-롤러코스터에서 열차가 떨어지지 않는다는 것은 놀이기구와 레일 사이에 어떠한 힘이 작용한다는 것을 의미한다.-롤러코스터에는 수직력, 원심력, 중력 등 다양한 힘이 작용한다.-K+U=K _{ 0}+U _{ 0}(일정하다) : 에너지의 손실이 없다는 가정 하에 물체가 운동할 때 역학적에너지는 보존된다.1. 내리막과 오르막(1) 레일을 조립해서 아래와 같은 내리막과 오르막으로 이루어진 롤러코스터를 만든다.(2) 높이 h1에서 쇠구슬을 굴렸을 때 바닥에서의 속력(v)과 최종 높이 h2를 예측해보라.-역학적 에너지 보존 법칙{1} over {2} mv _{1}^{2} `+`mgh _{1} `=` {1} over {2} mv _{2}^{2} `+`mgh _{2} 식을 이용한다먼저h_{ 1}에서 굴려서 바닥에 닿을 때까지를 계산해본다출발 전v_{ 1}=0이며, 바닥에 도착했을 때h_{ 2}=0이다.대입해서 정리하면mgh _{1} = {1} over {2} mv ^{ 2} _{2 ^{} ^{ }, 즉v= sqrt { 2gh _{ 1} }(바닥에서의 속력)을 구할 수 있다.-같은 식을 이용하고,h_{ 1}에서 굴려서h_{ 2}까지를 계산한다.출발 전과 도착 후 속력은v_{ 1}=v _{ 2}=0이다.대입해여 정리하면mgh _{ 1}=mgh _{ 2}, 즉h_{ 1}=h _{ 2}이다.(3) 바닥에서의 속력을 photo-gate를 사용하여 측정하라. 몇가지 서로 다른 높이에서 구슬을 굴려보고, 아래 예와 같이 측정값과 이론적인 예측값을 모두 그래프로 그려서 비교해보라.-실험에서 사용한h_{ 1}값 = 0.13m, 0.21m, 0.36m실험에서 사용한h_{ 2}값 = 0.07m, 0.10m, 0.16m실험에서 측정한 속력v = 1.02m/s, 1.43m/s, 1.85m/s-(2)에서 예측한 결과h_{ 2}=h_{ 1} ,v= sqrt { 2gh _{ 1} }v=1.59m/s, 2.03m/s, 2.65m/s(4) 실험값과 이론값이 차이가 나는 원인을 설명해보라. (생각 없이 습관적으로 ‘마찰 때문’이라고 말하지 말라.) 쇠구슬의 위치에너지가 운동에너지로 모두 변환되지 않았다면 그 나머지 에너지는 어디로 간 것일까?-레일에서 마찰이 발생하였고, 공기 저항 또한 발생하였다.-포토게이트의 위치가 미세하게 바뀌거나 움직일 때 속도측정에 영향을 주었다.-레일의 굴곡이 제대로 만들어지지 않아 공이 굴러가는 속도에 영향을 미쳤다.-쇠구슬의 위치에너지가 운동에너지로 모두 변환되지 않고 열에너지나 굴러갈 때 나오는 소리에너지 등으로 전환되기도 한다. 자세하게 말하면 운동에너지로 변환되지 않은 나머지 에너지는 레일과의 마찰로 인한 열에너지, 레일을 지나면서 내는 소리에너지, 쇠구슬이 회전운동하는 회전에너지 등으로 전환되었다.-이론값을 예측할 때h_{ 1}=h _{ 2}로 잡았지만, 실제 실험할 때h_{ 2}값과h_{ 1}값이 같지 않았기 때문에 속도v= sqrt { 2gh _{ 1} }식을 적용했을 때 오차값이 나온다. 따라서 더 정확한 예측값을 구하기 위해서는v= sqrt { 2g(h _{ 1}-h _{ 2)} }식을 사용해야 한다.-h _{1} != h _{2}으로 예측속력을 구한 그래프는 아래 3.결과분석에서 나타내었다.(5) 선택문제: 쇠구슬과 레일 사이의 마찰력이 전혀 없다면 역학적 에너지가 완벽하게 보존되어 출발 높이와 마지막 도달 높이가 같아질 것이다. (h1=h2) 하지만, 쇠구슬과 레일 사이의 마찰력이 충분히 큰 경우에도 (톱니바퀴를 상상해보라) 역학적 에너지가 보존된다고 한다. 왜 그럴까?(마찰력이 너무 작지도 너무 크지도 않으면, 쇠구슬은 처음에는 미끄러지며 내려오면서 에너지를 잃지만 나중에는 바퀴처럼 회전하며 레일 위를 구르기 때문에 열에너지로 사라지는 대신 회전 운동에너지로 저장된다. 결국, 쇠구슬의 최종속력을 정확히 예측하는 것은 무척 까다로운 일이다.)-쇠구슬이 레일을 굴러가게 되면 일반적인 물체와 달리 병진운동, 회전운동을 동시에 하게 된다. 마찰력이 충분히 커지면 쇠구슬은 미끄러지는 운동이 아니라 굴러가는 운동만 하게 되고, 따라서 역학적 에너지 보존법칙이 성립할 수 있다.(6) 선택문제: 마찰 외에도, 쇠구슬이 굴러가면서 레일을 위아래로 진동시킨다면 이것 역시 에너지 손실의 원인이 된다. 쇠구슬의 운동에너지가 레일의 진동으로 빠져나가지 않도록 하려면 어떻게 하는게 좋겠는가?-레일이 위아래로 진동하지 않도록 강하게 고정시키고, 쇠구슬이 진동없이 매끄럽게 굴러갈 수 있도록 하면 레일이 진동하며 읽을 수 있는 에너지를 최소화 시킬 수 있다.2. 360도 회전(1) 아래 그림과 같이 360도 회전 코스를 만든다.(2) 레일을 이탈하지 않고 무사히 통과하기 위해서는 초기 높이 h가 얼마이어야 하는지 실험적으로 찾아보라.-반지름 r=6cm일 때 레일을 이탈하지 않고 무사히 통과하기 위해서는 초기높이 h가 36cm이상이어야 한다. 또는 반지름 r=5cm일 때는 초기높이 h가 34cm이상이어야 한다.(3) (2)의 초기 높이 h를 이론으로 구해보고 실험 결과와 비교해보라. (구슬의 회전 운동에너지까지 고려해서 식을 세울 수 있다면 더 훌륭하다.)-예비보고서에서 구한 원형 궤도 꼭대기에서 이탈하지 않을 구슬의 최소 속력의 식은v`=` sqrt {gr}이다.r`=` {h��} over {2}을 대입해 정리하면v`=` sqrt {{gh��} over {2}}의 식을 구할 수 있다.이 식에 역학적 에너지 보존 법칙을 적용하면mgh`=` {1} over {2} mv ^{2} `+`mgh��`=` {5} over {4} mgh�炷隔�h`=` {5} over {4} h�晝� 얻게 된다.이때`h��=12cm 이므로 h=15cm이다.실험을 통해 구한 결과(36cm)와 21cm차이가 난다.(4) (직접 만들 필요는 없다.) 아래와 같은 형태의 레일이 있다고 상상해보자. h’ 높이는 (1)의 경우와 같고, 다만 고리의 반지름(R)만 작다. 두 가지 경우 중 어느 쪽이 완주가 더 쉽겠는가? 그렇게 생각한 이유는 무엇인가?-예비보고서에서 구한 원형 궤도 꼭대기에서 이탈하지 않을 구슬의 최소 속력의 식은

공학/기술| 2021.03.27| 6페이지| 1,500원| 조회(272)

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일반물리실험1 - 5. 원심력 결과보고서

실험 결과 레포트실험명5. 원심력실험날짜교수님조교님학번이름0. 이론-구심력이란? 원운동을 하고 있는 물체에서 원운동의 중심 방향으로 향하는 힘크기="F"`=` {mv ^{2}} over {r} `=`mw ^{2} r-원심력이란? 원운동을 하고 있는 물체에서 원운동의 바깥 방향으로 향하는 힘크기는 구심력과 같고, 방향만 반대이다.1. 회전속도 측정하기(1) 관성실험장치의 회전 방향을 설정한 후, 속도조절기를 천천히 돌려 일정한 회전속도를 얻는다. 이 회전속도를 정확하게 측정하는 방법을 고안해보라. 포토게이트와 디지털 타이머를 사용가능하다.-포토게이트와 디지털타이머를 이용해 π만큼 도는데 걸린시간을 측정한다. 일정한 속도로 회전하므로 2π만큼 도는데 걸린시간은 측정한 시간의 두 배이다. 이 값을 이용하면 회전속도를 구할 수 있다.-속도조절기가 처음부터 일정한 속력을 나타내지 않으므로, 작동 후 바로 시간을 측정하지 않는다.(2) 측정한 회전속도를 다음의 단위로 각각 나타내보라.-π만큼 도는데 걸린 시간은 0.327s이다. 따라서 2π를 도는데 걸린 시간은 0.654s이다.초당 회전수 :{회전수} over { 시간변화} ={1rev} over {0.654s} = 1.53rev/sec각속도 :{각도변화} over {시간변화} ={2 π} over {0.654s} = 9.61rad/sec2. 직선 경사로와 원심력(1) 아래와 같이 직선 경사로 위에 쇠구슬 1개를 올려놓는다. 회전속도를 점점 크게 하면, 쇠구슬이 어떻게 움직일지 예측해보라. 쇠구슬이 경사면의 중간 부분에서 머무르도록 할 수 있을까?-쇠구슬은 원래 위치에 머무르다가, 회전속도를 점점 크게 하여 회전속도가 어느 일정 속도를 넘어서면 쇠구슬은 경사면을 따라 바깥쪽으로 올라갈 것이다.-쇠구슬이 경사면의 중간 부분에서 머무르게 하려면 이론상{mv ^{2}} over {r} `=`nsin theta 이어야 한다.(2) 실제로 실험을 하여 위의 예측이 맞는지 확인해보라. 쇠구슬이 왜 이렇게 움직일 수 밖에 없는지 설명해보라.-예상과 마찬가지로, 회전속도가 점점 커지면서 일정속도를 넘어가자 쇠구슬은 경사면을 따라 위로 이동하였다.-중간부분에서 머무르게 할 수 없었다. 쇠구슬이 경사면의 중간부분에서 머무르려면 이론상{mv ^{2}} over {r} `=`nsin theta 을 만족해야 한다. v와 r을 제외한 나머지가 일정하므로 이론 식을 만족하려면v^{ 2}이 커질수록 r역시 커져야 한다. 따라서 속도를 높일수록 쇠구슬이 위로 올라가게 된다.(3) 쇠구슬이 원의 바깥쪽으로 밀려나가기 시작하는 순간의 각속도를 측정하고 이론적인 예측과 맞는지 확인하라.-이론적인 예측mg`=`n`cos theta ,n`=` {mg} over {cos theta }을 이용해F= {mv ^{ 2} } over {r}를 정리하면F`=` {mv ^{2}} over {r} `=`nsin theta `=` {mgsin theta } over {cos theta } `=`mgtan theta 이다. 이 식을 v, r 에 관해 정리하면v`=` sqrt {rgtan theta },r= {v ^{ 2} } over {gtan theta } 이 된다. 이 식들을 이용하면각속도w= {v} over {r} = {v} over {{v ^{2}} over {gtan theta }} = {gtan theta } over {v} = {gtan theta } over {sqrt {rgtan theta }} = sqrt {{gtan theta } over {r}}로 정리할 수 있다.-실험을 수행할 때 직선경사로의 각도: 30DEG , r= 4cm, π를 도는데 걸린 시간=0.289s,2π를 도는데 걸린 시간=0.578s 값을 얻었다.따라서 이론값의 각속도(w) ={v} over {r} = sqrt {{gtan theta } over {r}} = sqrt {{9.8 TIMES tan30} over {0.04}} =11.89 rad/sec이다.측정한 각속도(w) =w`=` {DELTA theta } over {DELTA t} = {2 pi } over {0.578} =10.87rad/sec이다.(4) 쇠구슬이 원의 바깥쪽으로 밀려나간 상태에서 회전속도를 천천히 줄여가며 다시 원의 중심쪽으로 돌아오는 순간의 각속도를 측정하라. (3)에서 얻은 각속도와 차이가 나는 이유는 무엇인가?-각속도w`=` {DELTA theta } over {DELTA t} = {2 pi } over {1.422} =4.42rad/sec-쇠구슬이 바깥쪽으로 밀려나갈 때의 속도를 쟀을때는 π를 도는데 걸린 시간=0.289s,2π를 도는데 걸린 시간=0.578s이었다. 이 상태에서 회전속도를 천천히 줄여가며 속도를 쟀을 때는 π를 도는데 걸린 시간=0.711s, 2π를 도는데 걸린 시간=1.422s이었다. 같은 거리를 이동하는데 걸린 시간이 이렇게 차이가 나는 것은, 후자의 실험에서 최전속도를 줄임으로서 쇠구슬이 이동하는 방향을 바꾸었는데, 이때 쇠구슬에 관성이 작용하게 되면서 시간이 늘어났고, 이에 따라서 각속도에 차이가 나게 된다.3. 곡선 경사로와 원심력(1) 아래와 같이 곡선 경사로 위에 쇠구슬 1개를 올려놓는다. 회전속도를 점점 크게 하면 쇠구슬이 어떻게 움직일지 예측해보라. 쇠구슬이 경사면의 중간 부분에서 머무르도록 할 수 있을까?-회전속도를 점점 크게 하면 쇠구슬은 곡선 경사로를 따라 올라갈 것이다.-쇠구슬이 경사면의 중간 부분에서 머무르도록 하려면 회전속도를 일정하게 유지하면 된다.(2) 쇠구슬의 회전 반지름 R을 변화시켜가며 그 때마다 회전속도를 예측해보고, 실제 측정한 회전속도와 비교해보라.-쇠구슬이theta 각의 경사면에 머무르기 위해 필요한 원심력(F) =mgtan theta -원심력(F)을 만들기 위한 회전속도 =w`=` {v} over {r} `=` sqrt {{gtan theta } over {r}} ``-실제 측정한 회전속도w`=` {DELTA theta } over {DELTA t} ``-쇠구슬의 질량 m = 0.032kg-π만큼 이동하는데 걸린 시간(순서대로) = 0.399s, 0.360s, 0.350s, 0.323s, 0.261sR(m)쇠구슬이위치한 곳의경사각(theta )쇠구슬이theta 각의 경사면에머무르기 위해필요한 원심력(F)원심력(F)을만들기 위한회전속도실제 측정한회전속도0.05517DEG 0.092(N)7.38(rad/s)7.87(rad/s)0.0825DEG 0.132(N)7.56(rad/s)8.73(rad/s)0.1034DEG 0.175(N)8.13(rad/s)8.98(rad/s)0.1138DEG 0.193(N)8.34(rad/s)9.73(rad/s)0.1243DEG 0.214(N)8.73(rad/s)12.04(rad/s)(3) 쇠구슬의 위치(R)로부터 원판의 회전속도 w를 예측할 수 있다면, 여러분은 아주 효과적인 회전속도 측정기를 갖고 있는 셈이다.-식w`=` {v} over {r} `=` sqrt {{gtan theta } over {r}} ``을 통해 회전속도 w를 예측할 수 있다.4. 마찰력 측정하기(1) 회전 원판 위에 지우개를 올려놓고, 원판을 느리게 회전시킨다. 지우개가 원판 바깥으로 밀려가지 않는 이유는 무엇인가?-지우개에 중력과 수직력, 마찰력이 작용하기 때문에 충분한 원심력 없이는 지우개가 원판 바깥으로 밀려나지 않는다.-원판의 회전속도가 느리므로 지우개에 작용하는 원심력이 작다. 이때 원판과 지우개 사이의 정지 마찰력이 원심력보다 크면 지우개가 원판 바깥으로 밀려가지 않는다.-mu _{} N`>` {mv ^{2}} over {r} `=`mw ^{2} r로 표현할 수 있다.(2) 원판의 회전속도를 점점 크게 하면, 지우개는 어떻게 되는가? 이 실험으로부터 지우개와 원판 사이의 마찰계수를 구해보라. 단, 원판의 회전속도를 측정하기 위해서 앞의 포토게이트/디지털 타이머를 사용하지 말고, 곡면 경사로에 놓인 쇠구슬의 위치로부터 회전속도를 구하도록 하자.-지우개에 작용하는 원심력의 크기가 정지 마찰력의 크기보다 커지는 순간 지우개는 원판 바깥으로 밀려나게 된다. 이때 원심력과 정지 마찰력의 크기가 같을 때를 이용해 지우개와 원판 사이의 마찰계수를 구할 수 있다.-정지마찰력=원심력(mu _{} N``=` {mv ^{2}} over {r} `=`mw ^{2} r)이고,N``=`mg이므로 대입하여 정리하면mu `=` {w ^{2} r} over {g}이다.이 식에 r=0.08(m), R=8cm일 때의 w값(3-⑵표 참고하면 w=7.56)을 대입하면

공학/기술| 2021.03.27| 5페이지| 1,500원| 조회(367)

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