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[A+] 성균관대학교 일반물리학실험 Borda 진자

실험 결과진자의 길이 , 구의 반지름실험1txy0-0.1846580.06194260.0166667-0.1806370.06082020.0333333-0.1764550.05973150.05-0.171860.05852860.0666667-0.167140.05735720.0833333-0.1619460.05619880.1-0.156640.05499440.1166667-0.1510780.05375290.1333333-0.1447830.05240040.15-0.1377390.05105970.1666667-0.1305190.04950640.1833333-0.1226830.04764050.2-0.1141270.04578390.2166667-0.1052020.04436020.2333333-0.0964810.04339170.25-0.0866920.04250660.2666667-0.0760670.04207320.2833333-0.0690210.04157250.3-0.0586640.04070280.3166667-0.0484760.03970810.3333333-0.0386680.0387330.35-0.027780.03798490.3666667-0.0173160.03768360.3833333-0.007080.03777890.40.00445010.03812140.41666670.01247720.03848530.43333330.02221680.03875370.450.03154410.03903610.46666670.04719660.03946830.48333330.05721210.0398390.50.06650150.04049140.51666670.07521530.04138310.53333330.08414840.04245111회실험2txy0-0.0723740.0485220.0166667-0.0699390.04813450.0333333-0.0630810.04755340.05-0.0574330.04671510.0666667-0.0509090.04614810.0833333-0.0471070.04576670.08194850.05971350.53333330.08568260.0599843회실험4txy0-0.1296230.05244090.0166667-0.1209850.05049630.0333333-0.1118320.04849530.05-0.1025720.04664370.0666667-0.0927560.04534130.0833333-0.0826570.04467420.1-0.0718470.04438410.1166667-0.061340.04378470.1333333-0.0506170.0431690.15-0.0396090.04244610.1666667-0.0283260.04174970.1833333-0.0174040.04114440.2-0.0065190.04079760.21666670.00416390.0408670.23333330.01513450.0415950.250.02535970.04194990.26666670.03692040.04319420.28333330.0486060.04490210.30.05834060.04536750.31666670.06607160.04415150.33333330.0755320.04520380.350.08426050.04598130.36666670.09301650.04741930.38333330.10096910.04875750.40.10830180.0499650.41666670.11578250.05136570.43333330.1228230.05254410.450.12896180.05335330.46666670.13486570.05433170.48333330.14006590.05508870.50.14515370.05624510.51666670.14919420.05715520.53333330.15320370.05840254회실험5txy0-0.190040.07965770.0166667-0.1814180.07697050.0333333-0.1723580.07464550.05-0.1625730.0720150.0666667-0.151780.068817440130.50.17334050.07754730.51666670.18041680.07795640.5350.18486060.08111666회실험7txy0-0.1715430.07255360.0166667-0.1621540.06970960.0333333-0.1525550.0672030.05-0.1420360.06506590.0666667-0.1310470.062960.0833333-0.1192540.06108140.1-0.1073010.05946550.1166667-0.0945120.05779470.1333333-0.0813520.05619810.15-0.0679880.05440620.1666667-0.0542090.05271340.1833333-0.0408210.05152040.2-0.0269480.0505530.2166667-0.013240.05007140.23333338.86E-040.04967470.250.01471160.04992860.26666670.02816180.05044460.28333330.04208950.05089860.30.05520180.05148450.31666670.06806880.05249240.33333330.08092320.0531770.350.09335580.054440.36666670.10517120.05640670.38333330.11638490.05849830.40.12714240.06081410.41666670.1371560.06335420.43333330.14707650.06524730.450.15637380.06742420.46666670.16491910.06958320.48333330.17299870.0716560.50.18046390.0737850.51666670.18726830.07563150.53333330.19282710.0782327회실험8txy00.15569170.07257650.01666670.15496310.07222840.03333330.15362980.0719680.050.15187630.0716406263010.4850.12474380.06358010.50166670.13115390.06498180.51833330.13695440.06652880.5350.14266960.06734739회실험10txy00.07190520.05526260.01666670.07149590.05516760.03333330.07087480.05523960.050.07056320.05436140.06666670.0691760.05492650.08333330.06848540.05431660.10.06716640.05406180.11666670.0654570.05406940.13333330.06309230.05408280.150.06141140.05352380.16666670.05941450.05300140.18333330.05700930.05295980.20.05467150.05272680.21666670.05159940.05268760.23333330.04860760.0525450.250.04590280.05200130.26666670.04253710.05204990.28333330.03977180.05140130.30.03647930.0513150.31666670.03307840.0509970.33333330.02940410.05109550.350.02565230.05082220.36666670.02195810.05092130.38333330.01790470.05099030.40.0145560.05082330.41666670.01083960.05058180.43333330.00714360.05038840.45166670.00347630.05051370.4683333-3.24E-040.05045850.485-0.0039580.05064620.5016667-0.0073420.05044940.5183333-0.0107380.05047810.535-0.0141020.050573410회실험 결과 분석진자의 운동은 중력에 의하여 일어나고 연직면에서 움직인다. 진자의 추에 작용하는 힘은 느리게 측정해보았다. 진자의 속력을 작게하니, 실험의 오차율이 커진다는 사실 또한 발견 할 수 있다. 크진 않지만 여전히 실험의 오차가 발생하는 원인이 무엇인지 규명해보고자 한다.분석 결과 고찰Q. 실험결과의 오차는 어디서 비롯되었는가?① 공기와 진자의 마찰진자와 공기의 마찰로 인해 진자는 오로지 중력만의 영향을 받을 수 없었다. 공기의 저항력은 진자의 운동방향의 반대로 힘을 작용한다. 따라서 진자가 상승하는 운동을 할 때에는 진자의 속력이 빠르게 줄어들어 실험을 통해 측정한 중력가속도 값이 크게 나올 것이다. 반대로 진자가 하강하는 운동을 할 때에는 진자의 속력이 천천히 증가하여 실험을 통해 측정한 중력가속도 값이 작게 나올 것이다. 공기의 저항을 무시할 수 있는 방법은 실험을 진공상태인 곳에서 진행하는 방법 밖에 없으므로 공기와 진자의 마찰로 인하여 생기는 오류는 피할 수 없는 오차이다.② 고정되지 않은 회전축본 실험에서 진자는 회전축을 기준으로 하여 주기운동을 하였다. 그런데 실험 중간 중간에 진자의 회전축이 끊임없이 위치가 변하는 모습을 관찰 할 수 있었다. 회전축의 위치가 변하면 진자의 이동경로 또한 바뀌게 되어 진자의 운동에 큰 영향을 미칠 수 있다. 진자의 이동경로가 변한다면 실험값은 이론값과 달라질 수 밖에 없다.이는 진자의 무게가 지나치게 빠르거나, 진자의 속력이 빨라 발생되는 문제일 수도 있다. 하지만 회전축이 고정되어 있었다면 이같은 문제가 발생하지 않을 수 있다. 세번째 실험부터 테이프를 이용해 임시로 회전축을 고정했지만, 여전히 아쉬움이 남는다.③ 카메라에 완전히 담지 못하는 진자의 운동카메라는 2차원의 모습을 담을 수 밖에 없다. 따라서 카메라 렌즈와 평행한 방향의 운동은 담을 수 있으나, 렌즈와 수직인 방향의 운동은 담을 수 없다. 따라서 촬영한 동영상을 Tracker Software로 분석하게 되면 일부 운동이 무시된 상태로 분석을 진행 할 수 밖에 없다. 진자의 운동을 정확하게 분석하기 위해서는 자이로스코프와 같이 전문적인 기계원회

자연과학| 2021.10.10| 15페이지| 1,000원| 조회(218)

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실험 결과실험1추의 질량① 20.0V, 0.42Atxyω0-0.0499-0.01060.03333-0.05050.00107-6.75770.06667-0.04990.01226-6.5990.1-0.04580.02276-6.31320.13333-0.03970.03096-6.40190.16667-0.03170.03895-7.02820.2-0.02180.04628-6.23590.23333-0.0140.05126-5.65370.26667-0.00340.0529-6.5710.30.009040.05239-7.02450.333330.020130.04695-6.84390.366670.029990.04138-7.0770.40.038470.03201-7.34150.433330.044210.02158-6.80020.466670.047620.01169-6.6288② 19.0V, 0.39Atyxω0.00000.0525-0.04990.03330.0479-0.0505-7.91330.06670.0397-0.0499-7.76620.10000.0286-0.0458-8.22690.13330.0151-0.0397-8.28210.16670.0012-0.0317-7.95330.2000-0.0127-0.0218-7.97030.2333-0.0260-0.0140-8.27010.2667-0.0379-0.0034-8.60430.3000-0.04730.0090-8.15400.3333-0.05280.0201-7.73110.3667-0.05430.0300-7.81680.4000-0.05250.0385-7.62430.4333-0.04750.0442-7.25830.4667-0.03970.0476-7.0167③ 18V, 0.37Atxyω0.0000-0.04990.05250.0333-0.05050.0479-7.36600.0667-0.04990.0397-7.46400.1000-0.04580.0286-7.41320.1333-0.03970.0151-7.51920.1667-0.03170.0012-7.80330.2000-0.0218-510.43330.0009-0.0475-7.24260.4667-0.0105-0.0397-7.0921⑤ 16V, 0.33Atxyω0.00000.0343-0.02860.03340.0269-0.0356-6.82890.06670.0182-0.0409-6.86640.10010.0084-0.0441-6.83400.1335-0.0017-0.0448-6.91060.1668-0.0121-0.0432-6.95960.2002-0.0216-0.0393-6.83000.2336-0.0299-0.0335-6.67480.2669-0.0365-0.0263-6.63530.3003-0.0415-0.0175-6.73750.3337-0.0444-0.0078-6.72950.3670-0.04500.0022-6.55030.4004-0.04390.0118-6.63300.4338-0.04010.0215-6.83780.4671-0.03430.0300-6.8174실험2추의 질량① 20.0V, 0.42Atxyω0.0000-0.0213-0.07210.0334-0.0393-0.0638-7.97960.0667-0.0547-0.0510-7.98990.1001-0.0657-0.0346-7.95860.1335-0.0722-0.0161-7.97810.1668-0.07360.0035-8.08050.2002-0.07010.0232-8.08540.2336-0.06170.0410-8.14590.2669-0.04820.0563-8.18910.3003-0.03140.0672-8.13900.3337-0.01210.0732-8.25420.36700.00840.0736-8.27880.40040.02800.0686-8.27530.43380.04580.0582-8.33760.46710.06030.0437-8.3073② 19.0V, 0.39Atxyω0.0000-0.0667-0.02360.0333-0.0709-0.0086-7.66450.0667-0.07000.0121-8.28780.1000-0.06440.0297-7.81340.1333-0.05440.36670.05470.0384-7.48730.40000.06230.0236-7.62870.43330.06620.0069-7.78770.46670.0658-0.0105-7.6823④ 17.0V, 0.34Atxyω0.0000-0.0342-0.04330.0333-0.0431-0.0332-7.28660.0667-0.0494-0.0218-7.38080.1000-0.0532-0.0088-7.34930.1333-0.05410.0040-7.33180.1667-0.05140.0172-7.34470.2000-0.04610.0291-7.27140.2333-0.03800.0398-7.28840.2667-0.02770.0482-7.34780.3000-0.01520.0543-7.31220.3333-0.00190.0569-7.67200.36670.01370.0561-7.71570.40000.02700.0518-7.13000.43330.03910.0451-6.97340.46670.04880.0352-6.8559⑤ 16.0V, 0.33Atxyω0.0000-0.04630.02430.0333-0.03830.0365-8.26190.0667-0.02740.0460-8.84230.1000-0.01150.0515-9.56140.13330.00540.0536-8.83200.16670.01940.0502-8.06100.20000.03250.0438-8.18410.23330.04340.0335-8.15970.26670.05090.0209-7.92600.30000.05430.0070-7.48140.33330.0549-0.0060-7.58200.36670.0518-0.0205-8.04440.40000.0446-0.0336-8.83200.43330.0316-0.0457-7.05060.46670.0243-0.0497-6.1690실험 결과 분석반지름 r인 원궤도를 따라 등속원운동을 하는 질량 m인 물체가 받는 구심력은 다음과 같다.는 물체의 속도이고 는 각속도이며, 로 주어진다. 속도와 주기는 다음 관계를 가.440실험2횟수R (cm)T (sec)구심력 (N)x (cm)(N)10.07430.191915.9300.033613.33920.07100.200014.0150.033913.45830.06650.208412.0900.028311.23540.05830.21679.8020.01967.78150.05390.191811.5690.02399.488평균12.68111.060오차횟수상대오차평균제곱오차횟수상대오차평균제곱오차1-1-30.67%27.65%2-119.42%15.42%1-2-21.33%2-24.139%1-3-22.57%2-37.610%1-4-21.96%2-415.97%1-5-37.88%2-521.93%평균26.89%13.81%실험결과 추의 질량이 클수록 더 큰 원을 따라 운동한다. 또한 추의 질량이 클수록 복원력과 구심력의 크기가 커진다는 사실을 알 수 있다. 실험이 진행될수록 용수철의 복원력이 줄어드는 모습도 볼 수 있다. 평균 오차가 20%를 넘지않던 지난 실험들과는 달리, 이번 실험에서는 평균 오차의 크기가 큰 모습을 보여준다. 따라서 복원력과 구심력의 오차가 생긴 원인을 규명하고, 다른 실험과 비교해 더 큰 오차가 생길 수 밖에 없던 이유를 알아보고자 한다.분석 결과 고찰Q. 실험결과의 오차는 어디서 비롯되었는가?온도차로 인한 탄성계수의 변화스프링의 탄성력은 온도에 따라 변한다. 예컨대, 온도가 낮을수록 스프링의 변화율이 줄어드는 것과 같이 스프링의 탄성계수는 일정하다고 볼 수 없다. 본 실험에서는 397N/m의 정해진 탄성계수를 이용해 복원력을 계산하였다. 교재에서 제시하였던 바와 같이 직접 탄성계수를 측정하여 실험을 진행하였다면, 불필요한 오차 발생을 막을 수 있었다.정확하게 측정하지 못한 용수철 초기 길이본 실험은 Tracker 소프트웨어를 이용하여 길이를 측정하는 과정이 포함되어있다. 용수철의 변위 또한 Tracker을 이용해 측정해야한다. 따라서 용수철의 초기 길이와 수축 길이의 차이를 구하는 것이 복원력을 구함에 있어 가장 중요한 요소였다. 원활한 차이가 확연하게 보였다. 일부 실험에서 발생한 문제인 것으로 보아 비단 용수철과 추만의 문제는 아니라고 판단하였다. 이러한 사실을 미루어 보았을 때, 가장 유력한 것은 평행하지 못한 카메라의 각도라고 생각하였다. 카메라가 평행하게 설치 되지 못한 경우, 화면의 왜곡이 생길 수 밖에 없다. 원근법에 의해 실제로는 길이가 길지만, 동영상 속 모습으로는 실제보다 짧게 보일 수도 있다는 뜻이다. 이는 정확한 데이터와 정보를 얻지 못하는 주된 원인으로 손꼽을 수 있다. 이와 더불어 카메라의 광각렌즈로 인해 불가피한 왜곡이 생길 수도 있다.올바르게 고정되지 않았던 회전추추를 회전시켰을 때, 본래 정해진 원을 계속 돌아야 한다. 복원력과 구심력이 같을 때 추는 일정한 원궤도를 벗어날 수 없기 때문이다. 하지만 몇가지 실험에서 사진과 같이 일정하지 않은 원궤도가 발견되었다. 추가 일정한 궤도를 돌지 못한 것은 실험장치를 설치하는 과정에서 회전추를 완전히 고정하지 못해 발생한 문제라고 생각한다.Tracker 프로그램 로직의 문제옆의 사진은 Tracker 분석 과정을 캡쳐한 모습이다. 실험 장치 속 추는 등속원운동을 한다. 따라서, 시간t와 x좌표 또는 y좌표에 대한 관계를 그래프로 나타내었을 때, 그들은 코싸인 또는 싸인 삼각함수 그래프를 띌 것이다. 따라서 Tracker 속 분석기능을 이용하여 데이터의 삼각함수 추세선을 구해보고자 하였다. 하지만, Tracker 프로그램은 올바른 추세선을 찾지 못하였다. 실험 속 오차를 감안 하더라도 그 결과는 삼각함수를 크게 벗어나지 않는다. 충분히 추세선을 구할 수 있는 데이터 값이었지만, 프로그램 상의 문제로 결국 데이터를 어림잡아 직접 계산 할 수 밖에 없었다. 수식을 이용하여 얻어낸 데이터와 직접 계산하여 얻어낸 데이터에는 분명 차이가 존재한다.동영상 변환 중 화질 저하본래 캠코더를 이용하여 실험동영상을 촬영하였다. 하지만 Tracker가 캠코더 동영상의 확장명인 .MTS를 올바르게 불러오지 못하였다. MTS파일을 열어본 결과, 원회

자연과학| 2021.10.10| 9페이지| 1,000원| 조회(194)

구심력, 실험레포트, 일물실

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[A+] 성균관대학교 일반물리학실험 멜데의 소리굽쇠

실험 결과실험1추의 질량---실험2추의 질량--실험3추의 질량--실험 결과 분석줄에 전달되는 횡파의 속도는 줄의 선밀도 와 줄의 장력 로 표현된다.(1)양 끝이 고정된 줄을 진동시키면 줄을 따라 진동수와 진폭이 같은 두 파동이 반대 방향으로 진행하게 된다. 따라서 두 파동의 합성파인 정상파가 생긴다. 정상파의 파장 와 현의 고유 진동수 는 각각 다음과 같다.( = 1, 2, 3, …)(2)(3)여기서 은 정상파의 배의 수와 같으며 일 때가 기본진동이고 일 때가 2배 3배 진동이다.고유진동수 인 소리굽쇠에 실의 한쪽 끝을 매고 다른 끝은 질량이 인 추를 달아 놓으면 줄의 장력은 가 된다. 소리굽쇠를 진동시켜 줄이 최대 진폭으로 진동을 하면 이때의 소리굽쇠의 고유진동수 와 줄의 고유진동수 은 같게 된다. 즉(4)이다. 소리굽쇠의 진동이 줄에 평행한 경우에는 소리굽쇠가 두번 진동할 때 줄은 1번 진동하므로 소리굽쇠와 줄이 공명을 일으킬 때는 소리굽쇠의 고유진동수 와 줄의 진동 은 다음과 같다.(5)공명현상을 이용하여 소리굽쇠의 진동으로 현에 정상파를 만들고, 이 정상파로부터 소리굽쇠의 진동수를 구하는 것이 본 실험의 궁극적인 목적이다.실험값 및 계산현의 선밀도실험결과실험(회)추 질량(배의 수(배)현의 길이(현의 파장(1-10.013210.61.21-20.013220.60.61-30.013230.60.42-10.023410.61.22-20.023420.60.63-10.033610.61.23-20.033620.60.6실험(회)현의 파장(선 밀도장력(실험 진동수(회)1-11.20.00028570.129447835.4756271-20.60.00028570.129447870.9512531-30.40.00028570.1294478106.426882-11.20.00028570.229475647.2335992-20.60.00028570.229475694.4671983-11.20.00028570.329503456.599523-20.60.00028570.3295034113.19904오차실험(회)실험 진동수(회)진동수 표준값(회)상대오차(%)평균제곱오차1-135.4756272826.6986666.66478991-270.95125374-4.1199281-3106.42688111-4.1199282-147.23359954-12.530372-294.46719897-2.6111363-156.5995260-5.6674673-2113.19904124-8.710452---1.580088-실험1-1을 제외한 나머지 실험들은 표준값과 비교해 진동수가 적게 나왔다. 평균상대오차는 약 1.6%, 평균제곱오차는 약 6.66으로 오차율은 꽤 적은 모습을 보여 주고 있다. 이러한 오차가 발생한 원인이 무엇인지 규명해보고자 한다.분석 결과 고찰Q. 실험결과의 오차는 어디서 비롯되었는가?① 정확하지 않은 선밀도실의 선 밀도를 구하기 위해서는 실의 질량을 실의 길이로 나누어야 한다. 하지만 실험을 하는 과정에서 실의 전체 길이를 정확하게 측정하지 못하였다. 뿐만 아니라, 실험실의 전자저울은 소수점 첫째자리까지만 질량을 측정할 수 있다. 따라서 실의 길이 오차와 질량의 오차가 합해져서 꽤 큰 오차를 유발하였을 수 있다. 실의 전체 길이를 정확하게 재고 성능이 좀 더 좋은 저울을 사용하였다면 충분히 오차를 줄일 수 있었을 것이다.② 정확하지 않은 파장 길이본 실험은 전적으로 시각을 통해서만 이루어진 실험이었다. 별도의 프로그램을 통해서도 분석하지 않았으므로 빠르게 진동하는 실을 정확하게 분석하기에는 분명히 힘든 점이 있었다. 본래 파장을 구하기 위해서는 실의 진폭이 가장 크고, 진파의 마디가 정확하게 구분이 갈 때를 포착하였어야 했다. 하지만 시각에 의존하여 그 순간을 포착해 표준 진동수를 구하였기 때문에 표준 진동수 또한 정확한 진동수라고 볼 수는 없을 것이다. 또한 실험 장치의 진동수 조절 토글이 예민하게 반응하는 탓에 원하는 진동수를 맞추는 데에 어려움을 겪었다. 원하는 때에 정확하게 진동수를 맞추지 못하는 일이 발생하는 등 여러모로 정확한 파장을 측정할 수 없는 상황이었다. 이러한 상황에서 발생한 파장 길이의 차이에서도 큰 오차가 발생하였을 수 있다. 실의 운동을 동영상으로 촬영한 후 프로그램을 통해 분석해보았다면 좀 더 정확한 파장을 구할 수 있었을 것이다.③ 정확하지 않은 실의 장력본 실험에서 실의 장력을 구할 때, 추의 질량에 중력가속도를 곱하여 장력을 계산하였다. 하지만 추에 연결된 실의 일부 또한 장력을 만들어 낼 수 있다. 물론 실의 질량이 그리 크지 않기 때문에 그리 큰 오차를 만들어 내지는 않을 것이라 예상된다. 하지만 분명히 실제 장력과는 차이가 있다. 뿐만 아니라 본 실험은 소리굽쇠와 실을 묶어서 진행하는 실험이었다. 따라서 소리굽쇠가 진동하는 과정에서 끊임없이 실의 장력을 변화시켰을 것이다. 결국 실의 정확한 장력을 구할 수 없다는 뜻이다.④ 공기의 저항실험 1-1을 제외한 나머지 실험은 모두 표준값에 비해 작은 진동수가 나왔다. 아마 이는 공기의 저항에서 비롯된 오차라고 추측된다. 공기의 저항은 항상 실의 운동방향의 반대로 저항력을 작용시킨다. 따라서 진공상태에서 실험했을 때 발생하는 진동수에 비해 실험값이 줄어들 수 밖에 없을 것이다. 실험 1-1의 오차가 무엇 때문에 발생한 것인지 정확하게 알지는 못하겠지만, 나머지 실험들의 오차가 생기게 된 주된 원인은 아마 공기의 저항일 것이라고 생각한다.⑤ 추의 흔들림실이 진동하는 과정에서 추의 흔들림이 함께 포착되었다. 추의 흔들림 또한 실의 장력을 변화시키는데, 추의 흔들림이 심한 경우에는 3번의 원인들과 비교할 수 없을 정도로 크게 장력을 변화시키게 될 것이다. 실에 정상파가 만들어질 경우, 추의 흔들림이 확연히 줄어들 뿐만 아니라 추의 흔들림을 최대한 줄이려 하였기 때문에 추의 흔들림이 실험의 결과에 큰 영향은 미치지 못하였을 것이라 생각한다.⑥ 털실털실과 철사 중 선택하여 실험을 진행할 수 있었는데, 털실이 철사줄에 비해 더 큰 오차를 만들어 내었을 것이다. 아마 가장 큰 원인은 털실의 재료적 특성 때문일 것이다. 털실은 철사줄과 비교하였을 때 훨씬 쉽게 늘어난다는 특징이있다. 다시말해, 실에 추를 연결하여 장력을 주는 과정, 실이 정상파를 만들어 진동하는 과정에서 실의 특성 때문에 완충작용이 일어나게 되는 것이다. 실험의 정확도를 위해서는 철사줄을 사용하여야했지만, 시각에 의존하여 진행하는 실험이었기 때문에 털실을 선택하여 진행하였다.실험 결론멜데의 소리굽쇠를 이용하여 실의 정상파를 만들고, 소리굽쇠의 정상파를 간접적으로 측정하여 보았다. 평균상대오차는 약 1.6%, 평균제곱오차는 약 6.66으로 오차율이 그리 크지 않은 실험결과가 산출되었다. 진동수가 증가함에 따라 파장이 짧아지는 것을 실제로 보니 매우 신기하였고, 생각처럼 오차율이 크지 않아 매우 만족스러운 실험이었다.참고 문헌[일반물리학실험], 성균관대학교 물리학과 물리실험위원회PAGE * MERGEFORMAT8

자연과학| 2021.10.10| 8페이지| 1,000원| 조회(594)

소리굽쇠, 일물실, 멜데

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[A+] 성균관대학교 일반물리학실험 역학적 에너지 보존 평가A+최고예요

실험 결과실험1공의 질량txyv_{x}v_{y}vTUE0.00000.98960.54510.03260.00420.98560.5426-0.8884-0.59561.06960.00490.03240.03730.00830.98220.5402-0.8170-0.56720.99460.00420.03230.03650.01250.97880.5379-0.8665-0.60341.05580.00480.03220.03690.01670.97500.5351-0.9415-0.57781.10470.00520.03200.03720.02080.97090.5331-0.9045-0.57771.07320.00490.03190.03680.02500.96740.5303-0.9162-0.61131.10140.00520.03170.03690.02920.96330.5280-0.9133-0.60591.09600.00510.03160.03670.03330.95980.5253-0.8464-0.61761.04770.00470.03140.03610.03750.95620.5228-0.9243-0.60371.10400.00520.03130.03650.04170.95210.5202-0.9892-0.66911.19420.00610.03110.03720.04580.94800.5172-0.9853-0.63121.17020.00580.03090.03680.05000.94390.5150-1.0694-0.62511.23870.00660.03080.03730.05420.93910.5120-1.0304-0.68431.23690.00650.03060.03710.05830.93530.5093-0.9826-0.67341.19120.00610.03040.03650.06250.93090.5064-0.9323-0.67301.14980.00560.03030.03590.06670.92760.5037-0.9697-0.66841.17770.00590.03010.03600.07080.92280.5008-1.0696-0.66561.25980.00680.029998-0.9327-0.57131.09380.00510.03170.03680.05831.04740.5266-0.9988-0.64061.18650.00600.03150.03750.06251.04310.5245-0.9522-0.64631.15080.00570.03140.03700.06671.03940.5212-0.8850-0.58421.06040.00480.03120.03600.07081.03570.5196-0.9314-0.56731.09050.00510.03110.03610.07501.03170.5165-0.9551-0.63441.14660.00560.03090.03650.07921.02780.5143-0.9049-0.64091.10890.00530.03070.03600.08331.02410.5111-0.9030-0.62111.09600.00510.03060.03570.08751.02020.5092-0.9845-0.67811.19550.00610.03040.03650.09171.01590.5055-1.0255-0.68911.23560.00650.03020.03670.09581.01170.5034-0.9710-0.62711.15590.00570.03010.03580.10001.00780.5003-0.9616-0.63531.15250.00570.02990.03560.10421.00370.4981-1.0260-0.66091.22040.00640.02980.03610.10880.99890.4945-0.9847-0.66741.18960.00600.02960.03560.11290.99510.4923-1.0108-0.74481.25560.00670.02940.03620.11710.99040.4883-1.0943-0.69791.29790.00720.02920.03640.12130.98590.4865-0.9926-0.59261.15610.00570.02910.03480.12540.98220.4833-1.1180-0.72211.33090.00760.02890.03650.12960.441.30860.00730.02830.03570.11250.90160.4721-1.1328-0.71741.34090.00770.02820.03590.11670.89650.4681-1.1422-0.73961.36070.00790.02800.03590.12080.89210.4659-1.0988-0.71411.31050.00730.02790.03520.12500.88730.4621-1.0790-0.70951.29130.00710.02760.03470.12920.88310.4600-1.0540-0.73001.28210.00700.02750.03450.13330.87850.4561-1.1724-0.84921.44770.00890.02730.03620.13750.87330.4529-1.3064-0.81801.54140.01010.02710.03720.14170.86760.4492-1.2298-0.80061.46740.00920.02690.03611-5회차실험2공의 질량txyv_{x}v_{y}vTUE0.00001.01770.53500.14160.00421.01410.5319-0.9536-0.64381.15050.02500.14070.16570.00831.00980.5296-0.9821-0.58931.14530.02480.14010.16490.01251.00600.5269-0.9831-0.65821.18310.02650.13940.16590.01671.00160.5242-0.9752-0.68941.19430.02700.13870.16560.02080.99780.5212-0.9962-0.61891.17280.02600.13790.16390.02500.99330.5190-1.0171-0.62901.19590.02700.13730.16440.02920.98940.5160-0.9461-0.67341.16130.02550.13650.16200.03330.98540.5134-0.9542-0.69971.18320.02650.13580.16230.03750.98140.5101-0.955830.16870.02080.93660.4815-1.2091-0.80751.45390.04000.12740.16730.02500.93200.4783-1.1176-0.73971.34020.03390.12650.16050.02920.92730.4753-1.1705-0.75071.39060.03650.12580.16230.03330.92220.4720-1.1977-0.78831.43380.03890.12490.16370.03750.91730.4687-1.3003-0.82901.54210.04490.12400.16900.04170.91140.4651-1.3355-0.88431.60170.04850.12310.17160.04580.90620.4614-1.2175-0.84491.48200.04150.12210.16360.05000.90120.4580-1.2845-0.85961.54560.04510.12120.16630.05420.89550.4542-1.3220-0.84541.56920.04650.12020.16670.05830.89020.4510-1.2727-0.79591.50110.04260.11930.16190.06250.88490.4476-1.2681-0.83481.51820.04360.11840.16200.06670.87960.4440-1.3730-0.89281.63780.05070.11750.16820.07080.87350.4401-1.3581-0.86961.61270.04920.11650.16560.07500.86830.4368-1.2854-0.84591.53880.04480.11560.16030.07920.86280.4331-1.3752-0.93801.66460.05240.11460.16700.08330.85690.4290-1.3473-0.88201.61030.04900.11350.16250.08750.85150.4257-1.3465-0.88761.61270.04920.11260.16180.09170.84560.4216-1.3469-0.95411.65060.0.94930.4836-1.1726-0.81781.42960.03860.12800.16660.07920.94470.4805-1.2122-0.75561.42840.03860.12710.16570.08330.93920.4773-1.2873-0.79281.51180.04320.12630.16950.08750.93400.4739-1.2452-0.87341.52100.04370.12540.16910.09170.92880.4700-1.2514-0.88771.53430.04450.12440.16890.09580.92360.4665-1.2457-0.79801.47940.04140.12340.16480.10000.91840.4634-1.2140-0.76001.43230.03880.12260.16140.10420.91350.4602-1.3318-0.82131.56470.04630.12180.16800.10830.90730.4565-1.2504-0.85021.51210.04320.12080.16400.11250.90300.4531-1.2432-0.86761.51600.04340.11990.16330.11670.89700.4493-1.3331-0.85851.58560.04750.11890.16640.12080.89190.4459-1.3228-0.87711.58720.04760.11800.16560.12500.88590.4420-1.4053-0.93451.68760.05380.11700.17080.12920.88020.4382-1.3739-0.92531.65650.05190.11590.16780.13330.87450.4343-1.3309-0.87341.59180.04790.11490.16280.13750.86910.4309-1.3761-0.86761.62680.05000.11400.16400.14170.86300.4271-1.3987-0.91181.66970.05270.11300.16572-5회차실험 결과 분석역학적 에너지가 보존되는 보존계에서는 물체의 역학적에너지 또한 보존된다.

자연과학| 2021.10.10| 15페이지| 1,000원| 조회(390)

에너지, 역학적, 보존, 일물실

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[A+] 성균관대학교 일반물리학실험 열의 일당량

이론질량이 m인 어느 물질의 온도를 만큼 높이는데 필요한 열량이 Q이면 비열 은 다음과 같다.(1)단열 용기에 온도 인 물체 A와 온도 인 물체 B를 넣으면, 시간이 경과함에 따라 온도가 낮은 물체 B는 물체 A로부터 만큼의 열량을 흡수하고, 반대로 온도가 높은 물체 A는 만큼의 열을 잃게 되어, 같은 온도 T에 도달하게 된다.(고온의 물체(A)가 잃은 열량) = (저온의 물체(B)가 얻은 열량)(2)여기서 과 은 물체 A의 비열과 질량이고, 과 는 물체 B의 비열과 질량이다. 식(2)를 이용하여 물질의 비열을 알아낼 수 있으며, 이런 방법을 혼합법이라 하고, 에너지 보존 법칙을 이용한 것이다.질량 m인 물체가 마찰이 작용하는 거친 표면 위에서 운동하는 경우를 생각하자. 외부의 힘이 작용하지 않는다면 물체의 속도는 점차 감소하고 마침내 멈추게 된다. 물체의 운동 에너지가 마찰로 인하여 소비되기 때문이다. 즉,(운동에너지의 변화) = (마찰이 하는 일)(3)이다. 따라서 에너지와 일은 본질적으로 동일한 것임을 알 수 있다.운동하는 물체와 접촉면 사이에 마찰이 작용하면 물체와 거친 표면이 어느 정도 따뜻해지는 것을 쉽게 경험할 수 있다. 그러므로, 식(4)에 따뜻해짐(온도의 변화)을 나타내는 내부 변수를 포함시키는 것이 타당하다. 이러한 내부 변수를 내부 에너지 로 표현하면, 이 계의 일-에너지 변화 사이에는 다음의 관계가 성립한다. 즉, 초기 운동 에너지의 일부분은 마찰에 대한 일로, 나머지는 물체의 내부 에너지 증가에 사용된다.(4)그런데, 어느 정도 시간이 지나면, 물체는 식는다. 이것은 물체가 마찰에 대하여 운동할 때 발생한 내부 에너지가 열의 형태로 물체로부터 방출되기 때문이다. 어떤 계가 단열 상태에 있지 않고 주변으로부터 열을 주고 받는다면, 식(4)의 좌변에 를 더할 수 있다.(5)식 (5)는 마찰에 의해 발생하는 열과 일 사이의 간계에 주변으로부터 열의 출입을 고려한 식이다. 만약 운동 에너지를 고려할 필요가 없는 상황이라면, 식 (5)는 열역학 제 1법칙이 된다.(6)학 제 1법칙은 에너지 보존 법칙을 나타내며, 아울러 열과 일, 에너지가 본질적으로 동일한 것임을 의미한다. 열과 에너지 사이의 관계를 실험적으로 밝힌 과학자는 줄로서 1cal에 해당되는 열량은 4.186J의 에너지와 같음을 보였다. 이를 열의 일당량이라 정의한다.(7)열량 보존 법칙에 의하면, 온도 의 물(을 열량계에 부었을 때, 온도가 인 물이 흡수한 열량은 온도가 인 질량 의 물과 열량계가 잃어버린 열량과 같다. 를 열량계의 물당량이라 할 때, 물당량은 다음과 같다.(8)(9)전기 저항선 R양단에 전압 V를 걸고 전류 i를 t초 동안 흘려줄 때 저항에 대하여 전류가 하는 일은 이며 열의 형태로 방출된다. 열량계 속에서 발생하는 열이 외부로 발산되지 않는다면 저항에 의해 발생되는 열은 열량계와 물 전체를 데우는데 사용된다. 열량계 속의 물의 질량 및 비열을 각각 라 하고 물통, 교반기, 센서, 히터 및 지지봉 등 물과 접촉하는 물체의 물당량을 w라고 하면 이론에 있는 식 (5)에 의해서(10)이고, 온도가 에서 로 상승하는 동안 열량계가 흡수한 열량은(11)이므로, 열의 일당량 J는(12)가 된다. 이 식을 이용하여 전류에 의한 열의 일당량을 계산한다.실험 결과 및 분석실험1 – 열량계의 물당량 측정횟수(((132.623.129.5200.4100.57.08387실험2 – 열의 일당량 측정횟수((128.730.82.1320230.732.92.2375333.534.5120횟수전압(전류(질량(실험일당량16.51200.14.780662626.51200.15.34768733172.5200.14.102636오차횟수실험 일당량열의 일당량오차(%)평균제곱오차14.78066264.18614.2059870.924686625.347687327.75172634.102636-1.991496평균4.7436619-13.322072-실험을 통해 측정된 열의 일당량 값이 실제값과 다르게 나온 다양한 원인을 구체적으로 알아보고자 한다.분석 결과 고찰Q. 실험결과의 오차는 어디서 비롯되었는가?① 정확하지 않은 온도값주어진 식에 여러가지 변수들을 대입해보니, 대입값의 0.1 차이가 아주 큰 오차를 유도한다는 사실을 발견하였다. 다시 말해, 결국 정확한 대입값이 실제 물당량, 일당량과 근접한 실험값을 구할 수 있다는 것이다. 따라서 정확한 실험데이터가 생명인 실험이었다고 생각한다. 하지만 실험 도중 온도계의 값이 일정하게 고정되지않고 변동이 심한 경우가 있었다. 재실험을 통해 이를 해결하였으나, 아마 이와 같은 현상은 애매한 온도로 인한 반올림 문제에서 비롯되었다고 생각한다. 본 실험에서 사용한 온도계보다 더 정밀한 온도계를 사용한다면 아마 더 좋은 실험결과를 도출 할 수 있었을 것이다.② 수돗물의 사용실험 결과 분석에서 사용된 수식에서, 비열 C를 1로 잡고 대입을 하라고 되어 있었다. 하지만 비열 1은 증류수의 비열이다. 본 실험에서는 수돗물을 사용하였으므로, 실제 비열은 분명히 1과는 다를 수 밖에 없다. 따라서 보다 정확한 결과를 위해서는 실제 사용한 수돗물의 비열을 확인하는 과정을 거쳐야만 했었다. 혹은 실제 증류수를 사용하여 실험한다면 현재보다 오차가 줄어들었을 것이라 생각한다.③ 정확하지 않은 전압과 전류본 실험에서 사용된 전압/전류기는 눈금이 디지털 방식이 아닌 아날로그 방식이었다. 앞서 말했듯이 사소한 대입값의 차이로 인해 큰 오차를 만들어내는 실험 속에서 아날로그 눈금은 매우 큰 오차를 유발하였을 가능성이 크다. 아날로그 눈금의 원점이 맞지 않을 수도 있을 뿐만 아니라 전적으로 인간의 시각을 통해 눈금을 읽어야 하기 때문에 애매하게 위치한 눈금을 읽을 때에는 분명히 어려움이 존재할 수 밖에 없다. 따라서 디지털 방식을 통해 전압과 전류를 표시할 수 있는 기기를 사용하였다면 더욱 오차를 줄일 수 있었을 것이다. 또한 전압/전류 측정이 정밀할수록 결과 값은 개선되었을 것이다.④ 기기에 남아있는 물방울물론 실험을 진행할 때에는 정확한 물의 질량을 측정하였다. 하지만 실험을 진행하며 열량계 속에 남아있는 물방울들은 완전히 처리할 수 없었다. 열량계 속에 남아있던 물방울들이 모여 물의 질량에 차이를 만들어내었다면 이는 실험결과를 충분히 변화시킬 수 있다. 매 실험마다 기기 속의 물을 닦아내고, 물의 질량을 계속 새로이 쟀다면, 더욱 정확한 값을 산출해 낼 수 있을 것이라 생각한다.⑤충분히 섞이지 않은 물본 실험에서는 교반기를 이용하여 열량계 속의 물을 섞어주었다. 하지만 충분히 교반기를 돌리지 않아 물이 제대로 섞이지 못했을 가능성이 존재한다. 열량계의 뚜껑을 닫을 경우, 열량계 속의 상태를 볼 수 없다. 스위치를 작동시켰음에도 교반기가 제대로 돌아가지 않거나 교반기의 소음을 과대평가하여 교반기를 충분히 많이 돌리지 못하는 등등 여러가지 이유로 열량계 속의 물이 섞이지 못하게 된다면, 정확한 물의 온도를 측정하지 못하게 되어 오차가 유발되었을 것이다. 가능하면 많이 교반기를 작동시키는 방법이 가장 오차를 최소화 할 수 있는 최선의 방법이라고 생각한다.실험 결론단열 열량계를 이용하여 물당량과 열의 일당량을 측정하고, 실제 열의 일당량 값인 4.186과 비교해보았다. 평균 상대 오차는 약 13%, 평균 제곱 오차는 약 0.9로 사소한 대입값의 차이에도 큰 오차를 유발하는 이번 실험에서 꽤 정확한 실험결과를 도출하였다고 생각하는 바이다. 물체의 물당량을 측정하는 방법을 알게 되고, 열의 일당량 값이 일정함을 새롭게 배웠다. 사소한 차이도 큰 오차를 유발 할 수 있음을 뼈저리게 느끼게 해준 실험이었다.참고 문헌[일반물리학실험], 성균관대학교 물리학과 물리실험위원회

자연과학| 2021.10.10| 6페이지| 1,000원| 조회(288)

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