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일반물리실험-관성모멘트 측정 (A+)

실험 제목관성모멘트 측정실험일시학과(요일/교시)과(요일/교시)조보고서작성자 이름[1] 실험값(1) 실험1 – [2] 회전 장치의 기본 틀(회전축+3단 도르래+알루미늄 트랙)의 관성모멘트 측정3단 도르래의 반지름상단 도르래:중단 도르래:하단 도르래:추걸이와 추를 합한 질량3단 도르래 중 실을 감은 도르래의 반지름단위:회각가속도1회2회3회4회5회6회7회8회9회10회평균0.660.630.670.670.650.640.660.670.650.650.655각가속도 측정값(1) 실험2 – [3] 질점으로 간주할 수 있는 사각추의 관성모멘트 측정사각추의 질량사각추의 회전 반지름추걸이와 추를 합한 질량3단 도르래 중 실을 감은 도르래의 반지름각가속도 측정값단위:회각가속도1회2회3회4회5회6회7회8회9회10회평균0.620.660.640.660.710.630.630.670.670.690.658절대오차:사각추의 회전 반지름추걸이와 추를 합한 질량3단 도르래 중 실을 감은 도르래의 반지름각가속도 측정값단위:회각가속도1회2회3회4회5회6회7회8회9회10회평균0.660.610.650.660.650.610.630.620.60.610.63상대오차:사각추의 회전 반지름추걸이와 추를 합한 질량3단 도르래 중 실을 감은 도르래의 반지름각가속도 측정값단위:회각가속도1회2회3회4회5회6회7회8회9회10회평균0.550.510.550.50.520.540.550.550.560.560.539상대오차:사각추의 회전 반지름추걸이와 추를 합한 질량3단 도르래 중 실을 감은 도르래의 반지름각가속도 측정값단위:회각가속도1회2회3회4회5회6회7회8회9회10회평균0.350.340.340.350.350.330.350.360.350.350.347상대오차:사각추의 질량 , 사각추의 회전 반지름추걸이와 추를 합한 질량3단 도르래 중 실을 감은 도르래의 반지름각가속도 측정값단위:회각가속도1회2회3회4회5회6회7회8회9회10회평균0.240.230.230.230.250.250.240.250.230.250.24상대오차:(3) 실험3 회8회9회10회평균0.390.410.410.430.420.410.420.420.390.440.414상대오차:막대의 한쪽 끝을 지나는 축에 대한 관성모멘트 측정추걸이와 추를 합한 질량3단 도르래 중 실을 감은 도르래의 반지름각가속도 측정값단위:회각가속도1회2회3회4회5회6회7회8회9회10회평균0.170.160.160.170.170.20.170.190.180.170.174상대오차:[2] 결과 분석이번 실험에서는 고정축에 대한 강체의 회전운동을 해석하고 관성모멘트의 의미를 이해하는 것이 목적이었다. 우리는 회전 장치와 사각추를 이용하여 회전 장치의 기본 틀의 관성모멘트를 측정하고 사각추의 회전 반지름을 변수로 하는 실험과 사각추의 질량을 변수로 하는 실험, 회전 장치와 막대를 이용하여 막대의 고정 위치에 따른 1차원 강체로 간주하는 막대의 관성모멘트를 측정하는 실험을 해보았다.실험1은 앞으로 있을 실험의 기본틀의 관성모멘트를 측정하는 실험이었다. 이 실험에서의 표준편차는 0.015776으로 모든 실험값들이 평균과 큰 차이를 보이지 않았다. 이를 통해 실험1은 정확도가 매우 높은 실험임을 알 수 있었다.실험2는 크게 두가지로 나눌 수 있었다. 사각추의 회전 반지름이 바뀌었던 실험과 사각추의 질량이 바뀌었던 실험이다. 전자는 실험2- eq oac(○,1), 실험2- eq oac(○,2), 실험2- eq oac(○,3), 실험2- eq oac(○,4)를 비교하여 결과를 분석하고 후자는 실험2- eq oac(○,4)와 실험2- eq oac(○,5)를 비교하여 분석하였다.먼저 사각추의 회전 반지름이 바뀌는 경우 각각 로 바꾸며 측정했다. 이때 각 실험에서의 표준편차를 표로 나타내면 다음과 같다.실험2실험2- eq oac(○,1)실험2- eq oac(○,2)실험2- eq oac(○,3)실험2- eq oac(○,4)표준편차0.0285970.0230940.0213180.008233위 표를 통해서 우리는 대체적으로 편차가 적고 정밀도가 높은 실험ac(○,1) 에서는 5회에 0.71의 실험값과 10회에 0.69에 오차가 작용했던 것 같다. 하지만 나머지 실험값들이 일정한 것으로 보아 순간적인 오차일 것이라 생각한다. 실험2- eq oac(○,2)와 실험2- eq oac(○,3)는 실험값들이 종모양으로 분포되어 있어 주로 평균과 가까운 값을 가졌고 특별히 상이한 값을 가지는 실험결과는 없었다.실험2실험2- eq oac(○,1)실험2- eq oac(○,2)실험2- eq oac(○,3)실험2- eq oac(○,4)상대오차-23.88242%-3.20358%-4.73759%한편 상대오차에 있어서는 실험2- eq oac(○,2)는 정확하지는 못했다. 반면에 실험2- eq oac(○,3)와 실험2- eq oac(○,4)는 정밀도도 높고 정확도도 높은 실험이었다. 실험2- eq oac(○,1)는 가 0이므로 상대오차가 존재하지 않고 절대오차만 존재하므로 결과의 정확성을 비교할 수 없었다. 상대오차로 미루어 보아 실험2- eq oac(○,2)에서 강력한 영향을 주는 오차가 작용했던 것으로 생각된다.실험2에서는 사각추의 회전 반지름을 점차 증가시키며 비교하여서 그에 따른 관성모멘트의 경향성 또한 확인할 수 있었다. 따라서 에 따른 값을 그래프로 나타내면 다음과 같다.그래프의 경향성을 보았을 때 회전 반지름이 증가할수록 사각추의 관성모멘트 값이 증가한다는 것을 유추할 수 있다. 그 이유로는 이므로 관성모멘트를 구하는 식에 에 대한 양수 항이 존재하지 때문이라 생각한다.다음으로는 회전 반지름은 로 고정시키고 사각추의 질량을 달리하는 실험이다. 실험2- eq oac(○,4)에 대한 정확성 분석은 위에서 했으므로 실험2- eq oac(○,5)에 대한 표준편차와 상대오차를 분석하면 각각 표준편차 : 0.00942809 상대오차 : -2.666508633%이다. 위 결과와 실험값들을 보아 실험2- eq oac(○,5)는 매우 정확하고 정밀하며 오차도 거의 작용하지 않은 실험임을 있다. 그 비율은 대략 사각추의 질량이 280 증가할 때 관성모멘트는 110000 증가한다. 이유로는 식에서 전체계수로 m이 있기 때문이라 생각된다.실험3에서는 1차원 강체로 간주할 수 있는 막대의 관성모멘트를 측정하였다. 실험3에서 두 실험의 표준편차와 상대오차를 분석하면 다음과 같다.실험3실험3- eq oac(○,1)실험3- eq oac(○,2)표준편차0.0157760.012649상대오차5.147858%-12.6072%위 표를 통해 실험3은 상이한 실험값 없이 대체적으로 정밀한 실험이 진행되었지만 정확성은 실험2에 비해 떨어짐을 알 수 있었다. 특히 실험3- eq oac(○,2)에서는 다른 실험에서 없던 오차의 원인이 작용한 것으로 보인다.실험3에서는 막대의 고정 위치를 달리하여 실험하였다. 이를 통해 막대의 중심을 지나는 축과 한쪽 끝을 지나는 축에 대한 관성모멘트를 알 수 있었다. 이때 막대의 질량은 같았다. 따라서 관성모멘트는 단순히 질량뿐만 아니라 축으로부터 질량이 분포한 정도에도 영향을 받는다는 사실을 알 수 있었다. 또 막대의 한쪽 끝을 지날 때가 중심을 지날 때보다 관성모멘트가 훨씬 큰 것으로 보아 축이 막대의 끝 쪽으로 이동할수록 관성모멘트가 커짐을 알 수 있다.[3] 오차 논의 및 검토이번 실험에서 오차의 원인으로 가장 영향을 준 두 가지를 골라 보자면 도르래가 회전하면서 발생하는 마찰력과 알루미늄 트랙에 가해지는 여러 외력이다. 이외에도 여러 오차의 원인이 있겠지만 위의 두 가지가 미치는 영향만 못했을 것이다. 예를 들어 알루미늄 트랙의 수평을 맞추지 못한 경우 역시 오차를 줄 것이다. 하지만 실험의 특성상 트랙이 회전하므로 기울어진 부분에 의한 속도감소와 증가는 회전으로 인해 상쇄될 것이다. 다른 예로는 질량추에 파여 있는 나사구멍이 한쪽에만 있는 경우인데, 이것 역시 질량추의 질량자체에 큰 영향을 주지 않을 것이다.마찰력마찰력은 현재 우리의 실험장비로는 완전히 배제할 수 없는 가장 주요한 오차의 원인이다. 우리는 실험을 설생할 것이다. 따라서 마찰력에 의한 에너지 손실이 있었을 것이다. 이 오차의 원인을 우리의 수준으로 개선하기 위한 방법은 실에 기름칠을 하거나 좀 더 얇은 실을 사용하는 정도이다.외력알루미늄 트랙을 고정하는 장치는 실험 진행시에 사용하지 않았다. 따라서 실험을 진행할 때 매번 알루미늄 트랙을 손으로 잡고 있다가 놓은 후에 측정하는 형식으로 진행하였다. 이때 아무리 조심하여 실험한다 하더라도 알루미늄 트랙에는 외력이 작용할 것이고 이는 각가속도를 구하는데 큰 영향을 미쳤다. 실제로 이 오차의 원인을 최대한 배제하기 위해 포토게이트에 측정되는 첫번째 값을 제외시키고 두번째 값을 기록하였다. 그래도 여전히 외력에 의한 오차는 남아있다고 본다. 왜냐하면 첫번째 값에 미치는 영향이 매우 커서 두번째라 하더라도 영향이 미미하지는 않을 것이기 때문이다. 그러므로 실험2- eq oac(○,1)의 5회와 10회에서 상이한 값이 나온 이유가 외력이라고 생각된다. 또 상대오차가 매우 큰 값이 나온 실험들은 전체적으로 포토게이트의 시간을 너무 일찍 기록했다고 생각된다. 따라서 외력이 오차의 원인으로는 비중이 가장 크다고 생각한다.[4] 결론이번 실험의 목적은 고정축에 대한 강체의 회전운동을 해석하고 관성모멘트의 의미를 이해하는 것이다.우리는 관성모멘트를 이해하기 위하여 각가속도를 이용하여 사각추의 관성모멘트를 구하는 실험을 준비하였고 회전 반지름, 사각추의 질량을 변화시켜 실험값들을 비교하고 분석했다. 그 결과 우리는 회전 반지름이 클수록 관성모멘트가 커지고, 질량이 커질수록 관성모멘트가 커짐을 알 수 있었다. 또한 실험결과를 통해 각가속도가 커질수록 관성모멘트가 작아짐을 알 수 있었다. 관성모멘트와 각가속도는 반비례하므로 이를 통해서 우리가 알 수 있는 식은 이다.고정축에 대한 강체의 회전운동을 이해하기 위해서는 막대의 고정위치를 다르게 하여 질량분포를 다르게 하였다. 이 실험에서는 회전축에서 질량의 분포에도 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 실험결과를 통해서는 회전축에서 질다.

공학/기술| 2020.05.10| 12페이지| 1,000원| 조회(368)

관성모멘트, 물리, 물리실험, 관성모멘트측정

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일반물리실험-정류회로 실험 (A+) 평가D별로예요

실험 제목정류회로 실험실험일시학과(요일/교시)과(요일/교시)조보고서작성자 이름[1] 실험값(1) 과정 (10): eq oac(○,A)- eq oac(○,B)단자 사이의 전압파형Probe Tip의 모드: X(10)VOLTS/DIV: 1VTIME/DIV: 2ms전압진폭 : 30V(2) 과정 (12)-1: eq oac(○,A)- eq oac(○,G)단자 사이의 전압파형Probe Tip의 모드: X(1)VOLTS/DIV: 5VTIME/DIV: 2ms전압진폭 : 15V(3) 과정 (12)-2: eq oac(○,C)- eq oac(○,G)단자 사이의 전압파형Probe Tip의 모드: X(1)VOLTS/DIV: 5VTIME/DIV: 2ms전압진폭 : 30V(4) 과정 (12)-3: eq oac(○,C)- eq oac(○,G), eq oac(○,D)- eq oac(○,G)단자 사이의 전압파형 eq oac(○,C)- eq oac(○,G)단자 사이의 전압 파형Probe Tip의 모드: X(1)VOLTS/DIV: 5VTIME/DIV: 2ms전압진폭 : V eq oac(○,D)- eq oac(○,G)단자 사이의 전압 파형Probe Tip의 모드: X(1)VOLTS/DIV: 5VTIME/DIV: 2ms전압진폭 : V(5) 과정 (12)-4: eq oac(○,E)- eq oac(○,G)단자 사이의 전압파형Probe Tip의 모드: X(1)VOLTS/DIV: 5VTIME/DIV: 2ms(6) 과정 (12)-5: eq oac(○,E)- eq oac(○,G)단자 사이의 전압파형Probe Tip의 모드: X(1)VOLTS/DIV: 5VTIME/DIV: 2ms(7) 과정 (12)-6: eq oac(○,F)- eq oac(○,G)단자 사이의 전압파형Probe Tip의 모드: X(1)VOLTS/DIV: 5VTIME/DIV: 2ms(8) 과정 (13)의 관측 결과15.98V[2] 결과 분석이 실험에서 원래의 220V 60hz 의 전압이 변압기를 통해 peak 값이 30V, 다시 진폭이 반으로 줄어 15V 로 낮아지는 것을 관찰할 수 있었다. 이것을 보면 정류회로의 변압기는 강압용 변압기임을 알 수 있다.실험에서 교류전류가 다이오드를 통과하였더니 음의 값 부분이 모두 제거되고 양의 값만 나타났다. 이론부분에서 공부한 것처럼 다이오드의 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 성질을 확인할 수 있었다.다음 실험은 오실로스코프의 CH1과 CH2를 모두 사용했다. 이때 오실로스코프의 chop버튼을 사용했는데 위에는 원래의 CH1의 파형이, 화면 하단에는 최하단에 원점을 맞춘 CH2의 파형이 나타났는데 이것은 바로 전 실험에서 두 다이오드에 의해서 정류되어 표현되는 +값을 갖는 파형과 -값을 갖는 파형이 같이 오실로스코프의 디스플레이에 나타난 것으로 파악할 수 있다.위의 실험에서 모두 양의 값으로 변환되었지만 이러한 전류는 DC 즉 직류라 하기에는 아직 주기성에 따라 진폭이 달리지는 파형을 나타내기 때문에, 계속 이어지는 실험에서 시정수가 큰 용량을 이용하여 충전과 방전이 이루어 지도록 하여 전류를 일정하게 유지시킬 수 있었다.[3] 오차 논의 및 검토이번 실험에서는 파형 관측 장비인 오실로스코프가 사용되었는데 좀 더 조작법이 능숙했더라면 오실로스코프를 통해 얻는 결과값이 많은 이번실험에서 좀더 오차를 줄일 수 있지 않을까 생각했다.[4] 결론이번 실험의 목적은 정류회로를 이용해 교류를 직류로 정류하는 과정을 이해하는 것이었다. 정류회로로 들어온 전압을 변압기를 통해 강하시키고, 전류를 다이오드에 통과하도록 함으로써 순방향으로만 흐르게 했다. 그리고 전류를 흔들리는 파형을 일정하게 유지시켜주도록 함으로써 안정된 직류를 얻을 수 있었다. 이러한 과정들은 오실로스코프라는 파형 관측 장비를 통해서 쉽게 시각적으로 다가갈 수 있었다.

공학/기술| 2020.05.10| 4페이지| 1,000원| 조회(103)

물리, 오실로스코프, 물리실험, 정류회로

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일반물리실험-RC충방전회로 실험/축전기 역할 이해 (A+) 평가A+최고예요

실험 제목RC 충방전 회로 실험-회로에서의 축전기의 역할 이해실험일시학과(요일/교시)과(요일/교시)조보고서작성자 이름[1] 실험값전지의 전압 측정값: 4.98V(1) 실험1 – 저항: 100, 축전기: 1004.48V4.52478976V0.9898759.28s9.085923s-2.13602(2) 실험2 – 저항: 100, 축전기: 474.48V4.52478976V0.9898754.4s4.270384s-3.03523(3) 실험3 – 저항: 50, 축전기: 1004.72V4.74149425V0.4533224.9s4.760536s-2.92958(4) 실험4 – 저항: 10, 축전기: 1004.96V4.93039841V-0.6003891s0.99004s-1.00604[2] 결과 분석이번 실험에서는 전지와 저항기 그리고 축전기를 직렬 연결한 RC 충전 회로를 구성하고 회로를 구성하고 회로에 전류를 흐르게 한 뒤, 축전기 양단의 전위차의 시간에 따른 변화를 오실로스코프로 측정하였다. 이때 오실로스코프의 화면에 나타내어지는 전위차의 파형을 분석하여 임을 이해하였다. 이어서 회로에서 전지를 제거하여 저항기와 축전기만으로 이루어진 RC 방전 회로를 구성하고 마찬가지로 오실로스코프로 축전기 양단의 전위차의 시간에 따른 변화를 측정했다. 그 파형을 분석한 결과임을 이해하였다. 이를 토대로 저항과 전기용향이 각각 RC 회로의 충전, 방전에 미치는 영향에 대해서 알아보았다.실험을 평가하기 위하여 먼저 전체 실험에서의 오차율의 평균을 구해보았다.전위차의 오차율시간상수의 오차율오차율의 평균0.458171%-1.72974%위 결과를 통해 실험은 대체적으로 정확하게 진행되었음을 알 수 있었다. 그러나 이번 실험에서는 다른 실험들과 달랐던 점이 있었다. 위의 표에서는 재실험을 통해 오차율을 5%이내로 나타난 실험을 기록하여 정확한 실험이라고 제시할 수 있으나 우리는 재실험 이전 두번의 실험이 있었다. 첫 번째 실패한 실험은 저항: 100, 축전기: 10로 설정하고 진행한 실험이다. 이 실험에서의 결과값은 다음과 같다.4.48V4.52478976V0.9898751s0.908592s-10.0604위 실험에서 시간상수의 오차율을 살펴보면 절대값이 10%이상으로 이는 실패한 실험이라 할 수밖에 없었다. 이에 대해 우리는 오차의 원인이 축전기의 전기용량이 작은 점에 기반하여 생성된 것이라고 추측할 수 있었다. 따라서 우리는 축전기의 전기용량을 허용가능한 오차율이 나올 정도의 전기용량으로 높여서 재실험하였다.두번째 실패실험은 실험4와 저항, 전기용량이 동일한 실험이다. 실패한 실험의 결과값은 다음과 같았다.4.96V4.93039841V-0.6003891.1s0.99004s-11.1066실험4와 달랐던 점은 값이다. 이 실험에서 측정한 시간상수 값은 1.1초였다. 그러나 이때 오차율은 -11%가 넘어 실패한 실험이었다. 우리는 이 실험에서 오차의 원인으로 시간상수의 정밀한 측정 불가를 가장 큰 원인으로 유추하였다. 그 이유는 재실험의 결과에서 1초라는 실험값에서는 오차율이 -1%로 오실로스코프의 최소 단위인 0.1만큼 변화했음에도 불구하고 엄청난 오차율의 차이를 보였기 때문이었다.따라서 전체적인 실험에 있어서 이번 실험은 오차율의 변화폭이 매우 크다는 점이 다른 실험들과 달랐다. 하지만 실험결과 눈에 보이게 큰 오차율을 나타내는 실험이 없었던 만큼 실험이 정밀히 진행되었을 경우 오차율은 매우 작았음을 알 수 있었다.우리는 이번 실험에서 저항과 전기용향이 각각 RC 회로의 충전, 방전에 미치는 영향에 대해서도 알아보았다. 그 경향성을 알아보기 위하여 우리는 각각 저항이 100,으로 동일할 때 축전기의 전기용량을 다르게 하여 실험하였고 전기용량이 100로 동일할 때 세가지 저항에서의 결과를 비교해 보았다. 먼저 축전기의 전기용량이 다른 경우에 전기용량이 클수록 충전과 방전에 시간상수가 더 컸다. 전기용량을 비교하는데 있어 가장 작은 10은 앞서 말한 이유로 측정하지 못했다.위 그래프는 저항의 변화에 대한 시간상수의 경향이다. 시간상수는 저항이 증가함에 따라 증가함을 알 수 있다. 전기용량과 저항에 따른 시간상수의 경향성 분석을 통해 우리는 라는 식이 성립함을 실험적으로 확인할 수 있었다. 결과적으로 전기용량이 클수록, 저항이 클수록 축전기에 충전과 방전되는 시간이 증가함을 알 수 있었다.[3] 오차 논의 및 검토이번 실험에서는 축전기의 충, 방전을 정성적 분석에 정량적인 분석을 더하여 충전과 방전 과정에서 전하량의 시간에 관한 함수를 구해보았다. 이번 실험 과정에서 우리는 다양한 실험결과를 통해 오차의 원인이 매우 다양하며 비중이 컸다는 것을 알 수 있었다. 오차 원인으로 여러가지가 있지만 먼저 확실했던 3가지 오차의 원인에 대해 논의하겠다.오실로스코프의 자체 저항이 있어 회로에 포함시켜야 한다.우리는 이번 실험에서 오실로스코프를 이용하여 RC 회로에서의 충전과 방전되는 과정의 전하량의 시간에 관한 함수를 알 수 있었다. 그러나 오실로스코프 역시 자체 저항을 가지고 있어 우리는 이론값을 계산할 때 이를 포함시켜 계산하였다. 그러나 이 실험의 설계에서 오실로스코프의 저항은 포함되지 않은 요인이고 정확한 이론값 계산을 위해 변형하여 진행한 해석은 명백한 오차이다. 이는 실험책에서도 기술되어 있는 내용으로 자세한 오차를 해석하는 것은 일반물리실험 단계에서 어려움이 있어 오차의 원인으로 확정할 수 있었지만 정량적인 분석은 할 수 없었다.측정가능단위가 커 정밀한 측정을 하기 어려웠다.우리는 이번 실험에서 총 두 번의 재실험을 하였다. 그 이유로 가장 크게 작용한 오차의 원인은 바로 오실로스코프의 측정의 불확정성이다. 측정의 불확정성이 일어났던 부분은 시간상수를 측정하는 부분으로 오실로스코프의 두 커서 사이의 간격을 조절하여 정보 박스에 나오는 시간상수를 읽는 방식으로 진행되었다. 이러한 방식은 소수점 둘째자리 이하의 수치들은 무시되어 알 수 있는 방법이 없었다. 오실로스코프의 커서를 조절하는 노브를 정밀하게 조절을 하더라도 실험값에는 나타나지 않았다는 것이다. 이는 커서를 정확히 충전이 시작되는 시점에 고정하는데도 영향을 주었다. 여태까지의 실험에서는 실험기구에서 오차는 당연히 발생하는 원인일 수 있지만 비중이 매우 크지 않았다. 그러나 이번 실험에서는 이러한 오차가 매우 큰 비중을 차지하여서 오실로스코프에서 측정하지 못하는 소수 둘째자리에 값들을 넣어 오차율을 계산해 보았다. 이때 우리가 사용한 실험은 실험4로 이 오차의 원인이 가장 크게 나타난 실험이다.시간상수(s)1.011.021.031.041.05오차율(%)-2.0161-3.02616-4.03622-5.04628-6.05634다음 표를 통해서 저항: 10, 축전기: 100일 때 시간상수 0.01당 오차율의 크기가 약 1% 정도 증가함을 알 수 있다. 실험4에서는 오차율이 -1.00604% 이었으나 실험4를 제외한 다른 실험들의 실험결과를 통해 평균적인 오차율이 -2.70028임을 통해 짐작해 보았을 때 오실로스코프에서 측정되었어야 하는 시간상수는 약 1.017s로 추측해볼 수 있다. 즉 다음과 같은 논의를 통해 오실로스코프의 측정단위에 의한 오차는 이번 실험에서 매우 비중이 큰 오차임을 알 수 있다.저항과 전기용량을 조절할 수 있는 범위가 제한적이었다.이번 실험에서 우리가 진행했던 실험은 RC 회로의 저항과 전기용량의 범위가 제한적으로 선택할 수 있는 환경이었다. 이 오차의 원인은 우리가 실패했던 실험의 원인에 직접적으로 영향을 주었다. 우리는 전기용량과 저항이 시간상수에 주는 영향을 분석하기 위하여 일정한 저항이나 전기용량을 지정한 후 나머지 요인을 작은 수치부터 큰 수치까지 변화시키기로 계획하였다. 그러나 회로에서 전기용량을 가장 작은 수치로 조정할 경우 오실로스코프에서 측정할 수 없는 상황이 발생하였다. 저항 역시 작아질수록 측정에 어려움이 있었다. 만약 저항과 전기용량의 선택지가 다양했다면 결과분석에서 전기용량과 저항이 시간상수에 주는 영향에 대한 경향성을 분석하는데 오차가 줄어들었을 것이다.이후에 언급하는 오차의 원인은 부수적인 요인이라고 판단하였다RC 회로를 구성하는 전선부분이나 연결부분의 저항이 있다.부수적인 영향이지만 그 중 가장 큰 영향을 주었다고 생각되는 요인이다. 어떠한 전선이나 연결부위도 저항이 없을 수는 없다. 즉 우리의 실험에서도 생각하지 않은 저항이 있었다. 이러한 전선의 저항은 이론값을 계산할 때 넣지 않았으므로 자명한 오차의 원인이라고 생각된다. 이 오차의 원인에 대해서는 전선의 저항에 대해 근사치도 알 수 없었기 때문에 정량적인 분석을 할 수 없었다.사용한 저항에 기본적으로 오차가 있었다.우리가 사용한 회로에서 저항은 전부 자연수의 형태였다. 그러나 실제 작용되는 저항은 기록하여 계산한 저항과 다르다. 따라서 필수적으로 생기는 오차인 것이다. 그러나 그 영향이 크지 않았음을 다음 표를 통해 확인할 수 있다. 다음은 실험1에서 저항을 0.1만큼 변경하여 시간상수의 오차율을 구한 것이다.저항()99.899.9100100.1100.2오차율(%)-2.32199-2.22891-2.13602-2.04331-1.95079충전과 방전이 시작할 때의 시간을 정확히 알 수 없었다.이번 실험에서 우리는 충전의 시작점을 정확하게 아는 것이 중요했다. 그러나 스위치를 사람이 조절한다는 점과 오실로스코프의 시간 축이 미세하지 않다는 점은 우리에게 모든 측정의 출발점을 정확히 하지 못하는 오차를 만들었다. 이 원인 역시 우리가 분석하거나 재실험하여 제거하거나 감소시킬 수 있는 오차가 아니므로 부수적인 오차이며 필수적인 오차라고 판단했다.[4] 결론이번 실험은 RC 회로에서의 축전기의 충전과 방전에 대해 정성적, 정량적으로 이해해보는 실험이었다. 우리는 이번 실험에서 의 관계에 의해 축전기에 충전되는 전하량이 임을 이해하였다. 또 각 실험들을 비교하여 시간상수를 통해 축전기의 충전과 방전에서 저항과 전기용량이 시간에 미치는 영향을 알아보았고 가 성립함을 확인하였다. 이를 통해 축전기의 역할과 기능에 대해 자세히 이해할 수 있었다.

공학/기술| 2020.05.10| 9페이지| 1,000원| 조회(307)

물리, 축전기, 물리실험, RC회로, 충방전

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일반물리실험-쿨룽의 법칙 실험 (A+)

실험 제목쿨롱의 법칙 실험실험일시학과(요일/교시)과(요일/교시)조보고서작성자 이름[1] 실험값(1) 지름 150mm 원판 전극:두 전극 사이의 간격:전압 (V)(g)(g)(%)3000-0.7-0.71841-2.629993500-0.98-0.977840.2208464000-1.26-1.27717-1.362954500-1.57-1.61642-2.956835000-1.95-1.99558-2.337595500-2.39-2.41466-1.031616000-2.8-2.87364-2.629996500-3.27-3.37254-3.135647000-3.81-3.91134-2.659927500-4.34-4.49006-3.457658000-5.27-5.108693.060868500-5.8-5.767240.5649129000-6.47-6.465690.0666279500-7.16-7.20405-0.6152910000-7.88-7.98233-1.29863두 전극 사이의 간격:전압 (V)(g)(g)(%)3000-1.3-1.277171.755913500-1.7-1.73837-2.257334000-2.2-2.27053-3.205914500-2.84-2.87364-1.184495000-3.44-3.5477-3.130915500-4.15-4.29272-3.439066000-4.93-5.10869-3.62466500-5.77-5.99562-3.91027000-6.69-6.9535-3.938697500-7.7-7.98233-3.666658000-8.68-9.08212-4.632728500-9.8-10.2529-4.621059000-11.02-11.4946-4.306349500-12.26-12.8072-4.4633710000-13.6-14.1908-4.34421두 전극 사이의 간격:전압 (V)(g)(g)(%)3000-2.84-2.87364-1.184493500-3.86-3.91134-1.330134000-4.98-5.10869-2.584194500-6.32-6.46569-2.305215000-7.7)(g)(g)(%)3000-0.51-0.498862.1839433500-0.67-0.67901-1.344254000-0.85-0.88687-4.337134500-1.08-1.12244-3.929565000-1.34-1.38573-3.41255500-1.63-1.67673-2.866896000-1.93-1.99545-3.391076500-2.28-2.34188-2.714017000-2.64-2.71603-2.879777500-3.01-3.11789-3.584288000-3.43-3.54746-3.424568500-3.87-4.00475-3.481979000-4.31-4.48976-4.17079500-4.78-5.00248-4.6543110000-5.28-5.54291-4.97935두 전극 사이의 간격:전압 (V)(g)(g)(%)3000-0.21-0.22172-5.579243500-0.29-0.30178-4.062294000-0.38-0.39416-3.726974500-0.47-0.49886-6.140835000-0.6-0.61588-2.646485500-0.72-0.74521-3.501876000-0.87-0.88687-1.938576500-1.02-1.04084-2.042687000-1.2-1.20712-0.593557500-1.35-1.38573-2.646488000-1.55-1.57665-1.719358500-1.76-1.77989-1.130119000-1.97-1.99545-1.291759500-2.18-2.22332-1.9872810000-2.4-2.46352-2.64648두 전극 사이의 간격:전압 (V)(g)(g)(%)3000-0.12-0.12472-3.929563500-0.17-0.169750.1461084000-0.22-0.22172-0.780184500-0.28-0.28061-0.217795000-0.35-0.346431.0194665500-0.41-0.41918-2.239656000-0.49-0.49886-1.808556500-0.57-0.58두 판 사이에 작용하는 인력의 전기력을 정량적으로 측정하였다. 우리는 전위차를 3000V에서 10000V까지 500V씩 증가시켜 측정하였고 이를 통해 전하량이 대전판 사이에 작용하는 전기력의 크기 변화를 알아보았고 다른 방법으로는 전위차는 유지한 상태로 대전판의 크기를 바꾸는 방법으로 전기력의 변화를 확인하였다. 또 대전판 사이의 거리도 바꾸어 대전체 사이의 거리 변화가 전기력에 미치는 영향을 확인했다.실험에서의 오차율의 평균을 구하면 다음과 같다.실험번호1- eq oac(○,1)1- eq oac(○,2)1- eq oac(○,3)2- eq oac(○,1)2- eq oac(○,2)2- eq oac(○,3)오차율의 평균(%)-1.34686-3.26464-2.77769-3.13243-2.77693-2.25854위 표를 통해서 우리는 실험1- eq oac(○,1)이 가장 정밀한 실험이었음을 알았다. 반면에 1- eq oac(○,2)는 가장 오차율이 컸던 실험이었다. 그 이유로 1- eq oac(○,2)에서 6500V 이후의 오차율이 전부 4%에 근접하여 있음을 고려하면 6000V 이상의 전압을 가하기 위해서 전압 영역 전환스위치를 이용하여야 되는데 전압 영역이 바뀌면서 오차의 원인이 작용했음을 짐작해볼 수 있다.위 그래프를 통해서 우리는 전압이 증가할수록 측정되는 실험값이 감소함을 알 수 있다. 이는 대전판에 걸리는 전압이 클수록 전기력의 인력이 증가하여 대전판을 잡아당기므로 저울에 측정되는 실험값이 감소하는 것을 알 수 있다. 우리는 이를 통해 전압차가 증가할수록 전기력이 증가하는 경향성을 확인할 수 있다.우리는 다음 실험에서 대전판의 크기를 바꾸어 실험해 보았다. 이때 역시 마찬가지로 전압차가 증가할수록 전기력이 증가하는 경향을 보였다. 우리는 두 실험을 분석한 결과 전하량과 대전체 사이 거리가 전기력에 미치는 영향을 정량적으로 알 수 있었다. 두 실험 모두 대전판 사이의 거리가 줄어들수록 실험값이 감소하는 것을 보아 대전판 사이의[3] 오차 논의 및 검토이번 실험에서는 쿨롱의 법칙을 확인해보기 위해 대전판과 마이크로미터 전자저울 Power Supply를 사용하여 대전판에 작용하는 인력의 전기력의 크기를 대전판의 질량을 통해 측정하였다. 그 과정에서 우리는 크게 2가지의 오차의 원인을 찾을 수 있었다.주 원인 : 두 대전판 사이 전기장이 균일하지 않았다.이번 실험에서 특별히 주시해야 했던 부분은 바로 두 전극판 사이의 평행이었다. 그러나 우리는 실험실 여건 상으로 육안으로 평행을 맞추어야 했고 이는 완전한 평행이 아니다. 또 대전판이 완전한 평면이 아니므로 대전판 내에서도 두 대전판 사이의 거리가 다른 부분이 존재했을 것이다. 이렇게 완전한 평행이 이루어지지 않으면 두 대전판 사이의 전기장이 일정하지 않게 되고 이는 실험 결과에 꽤나 큰 영향을 미친다. 또 아무리 완전한 평행을 맞추었다 해도 대전판의 가장자리 부분은 전기장이 균일하지 않다. 이는 전기장의 특성상 어쩔 수 없이 생기는 오차이다. 따라서 우리는 두 대전판 사이 전기장이 균일하지 않은 것이 이번 실험에서 가장 주된 오차의 원인이라고 생각한다.부 원인 : 실험기구 사용에 있어 측정의 오차가 있었다.이 오차의 원인은 기계의 조작이 아닌 우리가 직접 측정하거나 조절해야 했던 마이크로미터나 Power Supply에서 발생했다. 그 원인은 실험도구의 정밀한 조작 불가로 우리가 육안으로 조절해야 했기 때문이다. 마이크로미터 사용에 있어 두 전극판 사이의 거리를 정확히 10mm/15mm/20mm로 맞추는 것은 한계가 있었다. Power Supply 역시 우리가 손으로 돌려 전압을 맞추어야 했는데 이때 정확히 우리가 원하는 전압을 찾기에는 Power Supply가 100V 단위로 전압을 표시하여 어려움이 있었다. 또 실험에 사용한 전자저울 역시 소수점 둘째자리까지 표시하여 실제 이론값과는 어쩔 수 없이 소수점 둘째자리 밑의 값만큼의 차이가 났다. 이 오차의 원인은 실험도구적 측면으로 우리의 노력으로 제거할 수 있는 오차의 원인이 아니었다고(○,1)1- eq oac(○,2)1- eq oac(○,3)2- eq oac(○,1)2- eq oac(○,2)2- eq oac(○,3)진공상태-1.34686-3.26464-2.77769-3.13243-2.77693-2.258541기압상태-1.40665-3.32557-2.83832-3.19327-2.83757-2.31887그 결과 다음과 같이 오차율의 절대값이 증가함을 알 수 있었다. 이번 실험에서 오차율은 음의 방향으로 나타났는데 유전상수를 그 원인으로 지정하는데 있어 오히려 오차율의 절대값을 증가시켰으므로 오차의 원인이라고 할 수 없다고 생각한다. 또한 오차율의 변화량이 약 0.1%로 오차의 원인이라고 하기에는 미비한 변화를 보였다. 따라서 실험환경이 진공이 아니었던 점은 오차의 원인이라고 할 수 없다고 논의했다.검토 : 우리는 다음과 같은 원인들이 작용하여 오차가 발생했다고 생각하였고 가장 오차율이 컸던 실험1- eq oac(○,2)에 대해 논의해 보았다. 다음은 실험1- eq oac(○,2)에서 오차율이 4%를 넘어간 실험값들을 모아 놓은 표이다.전압 (V)(g)(g)(%)8000-8.68-9.08212-4.632728500-9.8-10.2529-4.621059000-11.02-11.4946-4.306349500-12.26-12.8072-4.4633710000-13.6-14.1908-4.34421우리는 위 표를 통해 실험값이 이론값에 비해 커서 오차가 발생하였음을 알 수 있었다. 이는 두 대전판 사이에 작용한 전기력이 작았음을 유추할 수 있다. 그 원인으로 우리는 (1)번 오차의 원인을 꼽았다. 또 전부 6500V 이상인 것을 볼 때 Power Supply 조작에 문제가 있었던 것을 생각해 볼 수 있었다.[4] 결론이번 실험의 목적은 두 대전체 사이에 작용하는 전기력을 정량적으로 측정하여 이 과정에서 전기력을 경험하고 전기력을 정량적으로 설명하는 쿨롱의 법칙을 확인하는 것이었다. 우리는 실험을 통해 전기력이 두 대전판 사이의 전위

공학/기술| 2020.05.10| 12페이지| 1,000원| 조회(117)

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일반물리실험-충돌의해석/1차원충돌 (A+)

실험 제목충돌의 해석 - 1차원 충돌실험일시학과(요일/교시)과(요일/교시)조보고서작성자 이름[1] 실험값(1) 탄성 충돌 실험, 인 경우글라이더의 질량: ,충돌 후의 속도의 측정값과 이론값 비교 단위:회184.70081.3084.74.01%2106.3001030106.33.10%3144.900140.80144.92.83%평균3.32%선운동량 보존 여부 확인과 운동에너지 손실률 계산 단위:회116304.815650.3654.54.01%7.87%220462.819827.5635.33.10%6.11%327893.327104.0789.22.83%5.58%평균3.32%6.52%, 인 경우글라이더의 질량: ,충돌 후의 속도의 측정값과 이론값 비교 단위:회1118.6026.3146.924.3142.9-8.41%-2.83%2116.2025.2145.223.8140.0-6.02%-3.74%3125025.1155.425.6150.61.83%-3.21%평균-4.20%-3.26%선운동량 보존 여부 확인과 운동에너지 손실률 계산 단위:회134571.935944.7-1372.8-3.97%-6.23%233872.335296.8-1424.5-4.21%-7.82%336437.537231.2-793.7-2.18%-6.10%평균-3.45%-6.71%, 인 경우글라이더의 질량: ,충돌 후의 속도의 측정값과 이론값 비교단위:회164.5-70.9-65.760.6-70.964.57.33%6.05%281.3-54-49.278.1-54.081.38.89%3.94%368.9-42.9-39.365.7-42.968.98.39%4.64%평균8.20%4.88%선운동량 보존 여부 확인과 운동에너지 손실률 계산 단위:회1-1232.0-981.8-250.320.31%13.04%25255.35563.3-308.0-5.86%10.56%35005.05082.0-77.0-1.54%11.03%평균4.30%11.54%, 인 경우글라이더의 질량: ,충돌 후의 속도의 측정값과 이론값 비교 단위:회175.771.465.374.972..842850.51856.34.15%8.20%평균4.67%8.71%(2) 완전비탄성 충돌, 인 경우글라이더의 질량: ,충돌 후의 속도의 측정값과 이론값 비교 단위:회173.5038.936.8-5.85%293.4046.746.70.00%355.8030.427.9-8.96%평균-4.94%선운동량 보존 여부 확인과 운동에너지 손실률 계산 단위:회115030.815910.1-879.3-5.85%43.98%219100.319100.30.00.00%50.00%311411.112433.6-1022.5-8.96%40.64%평균-4.94%44.87%, 인 경우글라이더의 질량: ,충돌 후의 속도의 측정값과 이론값 비교 단위:회194.3049.756.411.84%293.405255.86.87%3109.8060.965.67.22%평균8.65%선운동량 보존 여부 확인과 운동에너지 손실률 계산 단위:회128667.225272.53394.811.84%53.54%228393.626442.01951.66.87%48.15%333379.230967.72411.67.22%48.54%평균8.65%50.08%, 인 경우글라이더의 질량: ,충돌 후의 속도의 측정값과 이론값 비교 단위:회156.496.17476.32.95%210010197100.53.48%350.5121.984.786.21.74%평균2.72%선운동량 보존 여부 확인과 운동에너지 손실률 계산 단위:회131186.330266.0920.22.95%11.79%241104.539673.01431.53.48%6.85%335255.834642.3613.51.74%17.59%평균2.72%12.07%, 인 경우글라이더의 질량: ,충돌 후의 속도의 측정값과 이론값 비교 단위:회162.1138.8106.3108.01.53%241.396.174.674.1-0.73%354.3133.3100101.51.51%평균0.77%선운동량 보존 여부 확인과 운동에너지 손실률 계산 단위:회154894.754053.6841.11.53%13.53%237660.337934.1-돌이고 완전비탄성 충돌은 운동에너지가 보존되지 않고 두 물체의 상대속도가 0이 되어 운동하는 충돌이다.탄성 충돌탄성 충돌실험에서의 실험값들의 표준편차를 구하면 다음과 같다.실험번호표준편차표준편차 eq oac(○,1)0.00620020.01197181 eq oac(○,2)0.011090.00956425 eq oac(○,3)0.140308540.01320406 eq oac(○,4)0.017134150.03461713위 표를 통해서 실험 eq oac(○,1)이 선운동량의 변화량 값들이 정밀하다는 것을 알 수 있고 반면에 실험 eq oac(○,3)의 선운동량의 변화량 값들은 정밀하지 못하다는 것을 통해 실험 eq oac(○,1)이 가장 균일하고 정밀한 실험이었음을 알 수 있다. 또 의 평균값은 각각 3.32% , -3.45% , 4.30% , 4.67% 인데 이를 통해 실험환경에서 선운동량은 약 4%의 변화를 보임을 알 수 있다. 의 표준편차를 통해서는 실험 eq oac(○,2)가 가장 정밀하게 진행된 실험임을 알 수 있었다. 이때 값들의 평균을 나열해보면 6.52% , -6.71% , 11.54% , 8.71% 인데 다른 실험의 값들에 비해 실험 eq oac(○,2)의 값이 전부 음수로 나온 것을 보아 오차가 작용했음을 알 수 있다. 또 값들의 경향성을 분석해보면 인 경우에서 인 경우보다 운동에너지 손실이 더 일어남을 보인다. 위 실험에서 의 값이 존재함을 통해 선운동량이 보존되지 않았음을 알 수 있었고 여기서 실험공간이 어떠한 외력에 의해 완전한 고립계가 아니었다는 것을 알 수 있다.의 상대오차에 관해서는 실험 eq oac(○,2)에서의 측정값이 이론값보다 높게 나온 것에 오차가 작용했을 것이라 생각된다. 또 실험 eq oac(○,3)-1회에서 선운동량 변화량이 다른 값들과 상이하게 나온 것을 보아 실험 eq oac(○,3)-1회는 순간적인 오차가 작용한 것 같다.완전비탄성 충돌완전비탄성 충돌실험에서의 실험값들의 표준편차값들이 정밀하다는 것을 알 수 있고 반면에 실험 eq oac(○,1)의 선운동량의 변화량 값들은 정밀하지 못하다는 것을 통해 실험 eq oac(○,3)이 가장 균일하고 정밀한 실험이었음을 알 수 있다. 의 평균값은 이때 각각 -4.94% , 8.65% , 2.72% , 0.77% 인데 여기서는 선운동량이 보존되지 않았다는 것 이외의 경향성을 찾을 수 없었다. 값들의 평균을 나열해보면 44.87% , 50.08% , 12.07% , 13.06% 인데 이를 통해 인 경우가 인 경우보다 운동에너지 손실률이 더 큰 경향을 보임을 알 수 있다.의 상대오차에 관해서는 실험 eq oac(○,1) , eq oac(○,2)에서 오차율이 10%대로 다른 실험값들에 비해 크게 나온 경우가 하나씩 있었다. 또 탄성 충돌에서 실험 eq oac(○,2)와 같이 실험 eq oac(○,1)에서 측정값이 이론값보다 크게 나오는 경우가 있었다. 이것 역시 나중속도를 측정하는데 있어 오차가 있었던 것 같다.[3] 오차 논의 및 검토이번 실험에서는 충돌 과정에서 선운동량이 보존됨을 이해하기 위하여 전후 선운동량을 글라이더의 속도 변화를 통해 계산하였다. 이때 여러 오차의 원인이 발생하였는데 주요한 세 가지로 나눌 수 있었다.공기저항, 접촉에 의한 마찰 등 외력이 작용했다.선운동량 보존법칙이 성립하기 위해서는 운동이 일어나는 계가 출입하는 에너지가 없는 고립계여야 한다. 하지만 우리가 실험을 진행한 에어트랙과 글라이더는 완전한 고립계라고 할 수 없다. 즉 선운동량이 전달될 때 공기저항이나 마찰력에 의해 에너지를 받거나 혹은 잃었기 때문에 전후 선운동량은 보존될 수 없다는 것이다. 우리는 이 원인이 이번 실험에서 선운동량 보존법칙을 따르지 못하는데 가장 큰 기여를 했다고 본다. 왜냐하면 이 오차의 원인은 우리의 장비로는 더 이상 해결할 수 없는 문제일뿐더러 지구에서 실험을 하는 한 마찰력이 존재할 수밖에 없기 때문이다.충돌과정에서 탄성에너지가 작용하였다.탄성 충돌이 되도록 우리 범퍼를 준비하였지만 두 물체가 합쳐질 때 클레이가 마치 에어백처럼 작용하여 운동량이 줄어들 수밖에 없다.속도측정에 변수가 있었다.이 오차의 원인은 부수적인 것으로 결과 분석에서 짚었던 몇 가지 실험값들이 다른 실험값들과 상이한 결과를 나타내는데 있어 오차의 원인을 생각해본 것이다. 실험값이 상이해지는 원인으로는 특정 실험을 할 때 글라이더가 에어트랙에 닿는 것이나 에어트랙이 약간 기울어져 있었거나 혹은 두 글라이더가 충돌할 때 방향이 어긋나는 등 여러 실험적인 변수가 원인일 것이다. 탄성 충돌 실험 eq oac(○,3)-1회는 이 오차의 원인을 가지는 실험값이다.단위:회164.5-70.9-65.760.6-70.964.57.33%6.05%단위:회1-1232.0-981.8-250.320.31%13.04%이때 -65.7→ -66.7 으로 바꾸어 대입하면 다음과 같다 단위:회164.5-70.9-66.760.6-70.964.55.92%6.05%단위:회1-1232.0-1174.3-57.84.69%11.60%그 결과 선운동량 변화율이 다른 실험들과 비슷한 결과를 나타내는 것을 알 수 있다. 운동에너지 변화율 또한 평균에 더 가까워졌다. 즉 약간의 속도를 잘못 측정해도 오차가 매우 커짐을 알 수 있다. 따라서 우리는 몇몇 상이한 실험값을 가지는 실험에서는 속도측정에 변수가 있었다고 생각된다.[4] 결론이번 실험의 목적은 여러가지 충돌 양상을 해석하고 충돌 과정에서 선운동량이 보존됨을 이해하고 선운동량 보존법칙에 대해 탐구해 보는 것이었다. 또 충돌 전후의 운동에너지 보존 여부에 따라 탄성 충돌과 완전비탄성 충돌에 대해서도 알아보았다. 우리는 모든 실험에서 선운동량이 완전히 보존되지 않음을 관찰할 수 있었고 완전비탄성 충돌은 탄성 충돌에 반해 운동에너지가 보존되지 않음을 알 수 있었다. 이에 대해서는 선운동량 보존법칙이 고립계여야 성립하는데 우리가 진행한 실험은 완전한 고립계가 될 수 없었고 결국 우리는 선운동량의 변화량을 구하여 선운동량 보존에 대해 탐구했다. 그 결과된다.

공학/기술| 2020.05.10| 13페이지| 1,000원| 조회(182)

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