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열의 일당량 측정 결과 평가C아쉬워요

일반물리학 실험 1 (예비/결과 report)실험제목열의 일당량 측정레포트평가서식-포맷(폰트,줄간격)에 맞게 정확하게 작성되었는가?-시각적으로 깔끔하게 작성되었는가?-참고문헌과 각주는 적절하게 작성되었는가?내용-실험이론을 잘 이해하고 작성하였는가?-실험과정을 잘 숙지하고 작성하였는가?결과분석-분석과정을 꼼꼼하게 기술하였는가?-결과분석을 올바르게 기술하였는가?학과학번성명실험조8조지도교수제출일2015년 6 월 1 일실험제목열의 일당량 측정1. 실험목적마찰을 통해 계에 전달해준 일을 열로 환산하여 열의 일당량을 측정해 본다.2. 실험원리1) 계의 내부에너지① 내부에너지계의 내부에너지는 계가 정지해 있는 기준틀에서 볼 때 계를 구성하는 미시적 원자들의 운동에너지와 원자들 사이에 작용하는 위치에너지를 포함하는 개념이다. 이때 계가 공간을 이동할 때의 운동에너지와 위치에너지의 변화는 포함하지 않는다.② 에너지의 이동어떤 계에 마찰력이 작용할 때 마찰력이 한 일만큼 역학적 에너지는 감소하고 감소한 에너지는 내부에너지로 전환된다. 질량m인 계가 환경과의 상호작용을 통해Q의 열에너지를 얻거나 잃어DELTAT만큼의 온도변화가 일어났을 때 이들의 관계는 다음과 같다.Q=mc DELTAT--------------------------------식1이때c는 물질의 비열을 말한다. 열에너지의 공급과 마찬가지로 질량m의 계에 일을 해줄 때 계의 온도가DELTAT만큼 일어날 수 있다.2) 열의 일당량① 줄의 실험그림1. 줄의 실험장치그림과 같이 질량m인 두 추를 회전날개가 달려있는 축에 감은 후 단열재에 들어있는 물통과 연결한다. 도르래를 통해 줄이 풀리면서 두 질량이 낙하하면 물통에 잠겨있는 회전날개가 돌면서 물을 휘젓게 된다. 이때 회전날개와 물 사이의 마찰에 의해 물에 에너지가 공급되면 물의 온도가 상승하게 된다.② 실험결과반복되는 실험을 통해 역학적 에너지의 감소량은 물의 질량과 온도증가의 곱에 비례하며 그 상수는 약4.18J/g BULLET CENTIGRADE 임을 밝혀냈다. 이후 물을14.5 CENTIGRADE에서15.5 CENTIGRADE로 올릴때의 비례상수가4.186J/g bullet CENTIGRADE임을 알게 되었다. 이때 필요한 열을 칼로리라 하며 다음과 같이 정한다.1cal=4.186J--------------------------식2이를 열의 일당량이라 한다.3) 마찰원통을 이용한 열의 일당량 측정그림2. 마찰원통을 이용한 실험장치①W=JQ계에 해준 일(위치에너지의 감소량)과 공급된 열량은 다음과 같이 비례관계에 있다.W PROPTO Q--------------------------------식3이때 비례상수를J라 하면 다음과 같다.W=JQ--------------------------------식4②W=?실험장치에서 마찰원통의 반지름이R이라 하고 추의 질량이M~이라 했을 때 추가 끌려 올라오지 않고 원통에 감긴 나일론끈이 빡빡하게 헛도는 경우 추의 무게와 운동마찰력의 크기는 같다. 그러므로 나일론끈과 원통표면의 운동마찰력F는 다음과 같다.F=Mg-----------------------------식5이때 회전손잡이를N회 돌린다면 마찰력이 작용한 거리는d=2piRN이 됨으로 이때 마찰력이 한 일W는 다음과 같다.W=Mg(2piRN)--------------------------식6③Q=?마찰력이 한 일은 원통의 온도를DELTAT만큼 올리는 데 쓰였으므로 발생한 열Q~은 다음과 같다.Q=mc DELTAT---------------------------식7이 식에서m은 원통의 질량,c는 원통의 비열을 의미한다.④ 열의 일당량J=?열의 일당량을 구해보면 다음과 같다.J={W}over{Q}={Mg2piRN}over{mc DELTAT}-----------------------식83. 실험기구 및 장치열의 일당량 실험장치, 추, 나일론 끈그림 3. 실험기구4. 실험방법① 열의 일당량 실험장치를 실험테이블에 고정클램프를 이용하여 고정한다.그림4. 열의 일당량 실험장치의 고정② 고정핀에 그림4와 같이 나일론끈을 고리를 만들어 감는다.③ 다음 그림 5와 같이 마찰원통에 나일론끈을 여러번감는다. 이때 줄이 꼬이거나 겹치지 않게끔 주의한다.그림5. 원통에 감은 나일론끈④ 추의 고리에 나일론끈을 묶는다.⑤ 추가 지면에서 5cm이상 올라오지 않게끔 늘어뜨린 후 회전손잡이를 시계방향으로 천천 히 반 바퀴 정도 감아본다. 이때 추가 딸려오면 원통에 감긴 횟수를 줄인다.⑥ 나일론끈을 너무 적게 감으면 고정핀과 나일론끈 사이에 장력이 걸린다. 충분히 감아서 고정핀과 나일론끈 사이에는 장력이 걸리지 않아 느슨하게끔 한다.⑦ 전원어댑터를 연결하고 전원을 켠 후 현재 온도를 기록한다. 카운터의 숫자는 리셋을 시 켜 0으로 만든다.⑧ 회전손잡이를 시계방향으로 돌려 열을 발생시킨다. 이때 추가 딸려 올라오지 않아애 한 다.⑨ 카운터를 이용하여 회전수를 측정하고 온도를 기록한다.5. 실험결과 및 분석1) 실험값실린더 반지름R :0.0271(m)실린더 질량m :0.260(kg)실린더 비열c :220(cal/kg BULLET CENTIGRADE )추질량M :5.00`(kg)회전수초기온도( CENTIGRADE )최종온도( CENTIGRADE )온도차( CENTIGRADE )110023.625.72.1220023.429.56.1320024.330.25.9열의 일당량(J/cal)평균오차(%)16.955.5732.924.7834.941 :{5 TIMES 9.8 TIMES 2 pi TIMES 0.0271 TIMES 100} over {0.26 TIMES 220 TIMES 2.1} =6.95`(J/cal)2 :

공학/기술| 2016.03.09| 9페이지| 1,000원| 조회(502)

단국대, 열의 일당량 측정, 물리실험 결과보고서

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역학적 에너지 보존(강체의 공간운동) 결과

일반물리학 실험 1 (예비/결과 report)실험제목역학적 에너지보존(강체의 공간운동)레포트평가서식-포맷(폰트,줄간격)에 맞게 정확하게 작성되었는가?-시각적으로 깔끔하게 작성되었는가?-참고문헌과 각주는 적절하게 작성되었는가?내용-실험이론을 잘 이해하고 작성하였는가?-실험과정을 잘 숙지하고 작성하였는가?결과분석-분석과정을 꼼꼼하게 기술하였는가?-결과분석을 올바르게 기술하였는가?학과학번성명실험조8조지도교수제출일2015년 5 월 11 일실험제목역학적 에너지보존(강체의 공간운동)1. 실험목적지상의 중력장에서 역학적 에너지 보존 법칙을 확인하기 위해 경사면과 원주 궤도를 따라 구를 굴러 내려가게 하며 물리량들을 측정한다.2. 실험원리1) 굴림 운동하는 구의 운동에너지그림 1. 굴림 운동[1]굴림 운동하는 구의 운동에너지E_k는 직선운동에너지와 회전운동에너지를 합한 것과 같다.E_k = 1over2 mv_com^2 +{1}over{2}I omega^2--------------------------식1이때 구의 관성모멘트I와 직선속력v는 다음과 같다.I={2}over{5}mr^2---------------------------------식2v_com =r omega---------------------------------식3따라서 이를 대입하여E_k를 정리하면 다음과 같다.E_k ={7}over{10}mv_com^2------------------------------식42) 쇠구슬이 원형트랙을 겨우 통과하는h_A의 높이그림 2. 쇠구슬의 운동경로쇠구슬이A에서 정지 상태로 출발하여 원형궤도를 이탈하지 않고T를 겨우 통과한다고 가정한다.①T에서 역학적 에너지쇠구슬이T에서 원운동을 하려면 밑으로 떨어지지 않게 해주는 특정한 속도v_T가 필요하다. 이 구슬이 원운동을 할 때 구심력이 필요한데T에서 중력의 방향과 구심력의 방향이 같은 것을 보아 중력이 구심력이 역할을 하고 있다.{mv_T^2}overR =mg--------------------------------식5v_T=root{Rg----------------------------------식6이때T에서의 역학적 에너지E를 구해보면 다음과 같다.E={7}over10}mv_t^2 +2mgR-----------------------------식7여기에v_T값을 대입해서 정리하면 다음과 같다.E={27}over{10}mgR---------------------------------식8② 쇠구슬의 역학적 에너지 보존쇠구슬이 트랙을 따라 운동할 때 중력만 작용함으로 역학적 에너지는 보존된다. 따라서A와D에서의 역학적 에너지의 값은 같다.mgh_A ={7}over{10}mv_D^2-----------------------------식9이때 원형트랙에서도 역학적 에너지가 보존됨으로T와D에서의 역학적 에너지의 값 또한 같다.E= 27over10 mgR= 7over10 mv_D^2 =mgh_A-----------------------식10따라서h_A값은 다음과 같다.h_A = 27over10 R------------------------------식11③ 쇠구슬이 점 B와 C를 지나는 시간전 구간에서 에너지보존이 성립하므로 경로상의 임의의 점에서 속도v와 높이h를 가질 때 다음을 만족한다.{7}over{10}mv_A^2 + mgh_A ={7}over{10}mv^2 +mgh----------------------식12점 A에서 정지상태로 출발했다는 점을 고려하면 식이 다음과 같이 정리된다.v^2 ={10}over{7}g(h_A -h)--------------------------식13v=root{{10}over{7}g(h_A -h)}--------------------------식14점 B와 C를 지나는 시간t_B와t_C의 차이는 다음과 같다.DELTAt={v_c -v_B}over{a}={root{{10}over{7}g(h_A -h_C )}-root{{10}over{7}g(h_A -h_B )}}over{a}-----------식15이때 식13의 양변을 미분하면 가속도a의 값이 다음과 같이 나온다.2va={10}over{7}gvsin theta-------------------------식16a={5}over{7}gsin theta----------------------------식173. 실험기구 및 장치그림 2. 실험준비물포토게이트, 지지대, 클램프, 트랙, 자, 각도기, 쇠구슬4. 실험방법1) 쇠구슬이 원형트랙을 겨우 통과하는 높이 측정① 트랙과 지지대를 클램프로 연결한다.② 각도기로 트랙의 각도를 측정한다.③ 쇠구슬을 굴리는 높이를 측정하고 구슬을 굴린다.④ 쇠구슬이 거의 원을 그리는 높이를 찾는다.그림3. 구슬이 거의 원을 그리는 모습⑤ 4개의 각도에 대하여 높이가 변하는지 측정해본다.2) 트랙경사면상의 두 점을 지나는데 걸린 시간 측정① 두 개의 포토게이트 센서를 연결한다.② 포토게이트 타이머의 measurement에서 time을 선택한 후 mode에서 two gate를 선택한다.그림 4. 쇠구슬을 굴리는 위치③h_A에서 쇠구슬을 굴려h_B와h_C를 지나는 시간을 측정한다.④ 위쪽 gate가 1번 아래쪽 gate가 2번인 것을 헷갈리지 않는다.5. 실험결과 및 분석1)h _{A}theta측정값h_A(m)이론값27over10 R(m)오차(%)43.0DEG0.5550.42331.231.4DEG0.5250.42324.12R=0.313m이론값= 27over10 times 0.313over2 =0.423m①43.0DEG오차= {0.555-0.423}over0.423 times100=31.2%②31.4DEG오차={0.525-0.423}over0.423 times100 =24.1%2)DELTAttheta측정값t_BC(s)이론값DELTAt(s)오차(%)43.0DEG0.15990.143811.231.4DEG0.22870.23572.96①43.0DEGDELTAt_1(s)DELTAt_2(s)DELTAt_3(s)측정값 평균(s)0.16030.15980.15980.1599이론값=root{{14}over{5times9.8}}times{0.31}over{0.21}times(root{0.555-0.18}-root{0.555-0.39}=0.1438s오차={0.1599-0.1438}over{0.1438}times100=11.2%②31.4DEGDELTAt_1DELTAt_2DELTAt_3측정값 평균0.22800.22750.22860.2287이론값= sqrt {{14} over {5 TIMES 9.8}} TIMES {0.418} over {0.218} TIMES ( sqrt {0.525-0.17} - sqrt {0.525-0.388} )=0.2357s오차={ LEFT | 0.2287-0.2357RIGHT | }over{0.2357}times100=2.96%3) 고찰이번 실험에서 중요했던 점은 금속 구가 원형트랙을 겨우 접촉하면서 통과할 때 높이를 구하는 것이다. 금속구를 굴릴 때 가까스로 도는 지점을 찾는데 어려움이 있었다. 따라서 실험을 진행할 때 금속구가 가까스로 돌지 않은 경우가 종종 생겼다. 또한 각도가 20도 이상이 되면 금속구가 미끄러진다는 점을 고려했을 때 우리조의 오차가 설명된다.

공학/기술| 2016.03.09| 9페이지| 1,000원| 조회(456)

역학적 에너지 보존, 강체의 공간운동, 결과레포트

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구심력 측정

일반물리학 실험 1 (예비/결과 report)실험제목구심력 측정레포트평가서식-포맷(폰트,줄간격)에 맞게 정확하게 작성되었는가?-시각적으로 깔끔하게 작성되었는가?-참고문헌과 각주는 적절하게 작성되었는가?내용-실험이론을 잘 이해하고 작성하였는가?-실험과정을 잘 숙지하고 작성하였는가?결과분석-분석과정을 꼼꼼하게 기술하였는가?-결과분석을 올바르게 기술하였는가?학과학번성명실험조8조지도교수제출일2015년 4 월 6 일실험제목구심력 측정1. 실험목적구심력이 물체의 회전속도 및 회전반경과 어떤 관계가 있는 지를 실험을 통해 알아내어 원운동에서 유도되는 관계와 비교하고 차이가 있을 경우 그 원인을 검토한다.2. 실험원리1)등속 원운동등속 원운동이란 물체가 일정한 속력으로 원 궤도를 따라 움직이는 운동이다. 물체가 등속 원운동을 할 때 속력은 바뀌지 않지만 매 순간 방향이 바뀌어 속도가 일정하지 않다. 속도가 바뀌는 것 때문에 가속도가 생기는데 이를 구심 가속도라고 하고 [그림1]처럼 원의 중심을 향한다.그림 1.등속 원운동2)구심력는데 있어 중요 기본 원리를 제 3자에게 설명하듯 그림과 수식을 적절히 삽입하여 기술한다. 그림을 삽입할 때는 다음과 같이 그림번호를 넣고 그림설명은 중고딕체 font크기는 9로 한다.그림 1. 두 힘의 합성3. 실험기구 및 장치이 실험을 수행하는데 필요한 장치들을 교재와 동영상을 참고하여 기술한다. 그림을 삽입할 때는 다음과 같이 그림번호를 넣고 그림설명은 중고딕체 font크기는 9로 한다.그림 2. 힘의 평형실험장치4. 실험방법이 실험의 수행순서를 교재와 동영상을 참고하여 제 3자가 본인의 레포트를 보면서 충분히 수행할 수 있을 정도로 꼼꼼하게 기술한다.☞ 예비레포트는 여기까지만 작성하며 참고문헌은 항상 새로운 페이지로 작성한다.5. 실험결과 및 분석추 질량 (kg)용수철상수 (N/m)전압(V)1sec동안 회전수추의 회전반경(m)초기위치에서 밀려난 위치(m)123평균0.15033618.04.024.024.044.030.03400.010021.05.565.575.585.570.04400.020023.76.136.166.186.160.05400.03000.20033614.93.603.933.923.810.03800.010016.94.484.464.474.470.04800.020017.94.764.774.784.770.05800.0300그림 .0.150kg짜리 추를 매달았을 때1) 0.150kg짜리 추를 매달았을 때 구심력 계산F _{1} =0.150 TIMES 0.0340 TIMES (2 pi TIMES 4.03) ^{2}#```````````=3.27v _{1} ^{2} =(2 pi TIMES 0.0340 TIMES 4.03) ^{2}#``````````=0.741F _{2} =0.150 TIMES 0.0440 TIMES (2 pi TIMES 5.57) ^{2}#``````````=8.08#v _{2} ^{2} =(2 pi TIMES 0.0440 TIMES 5.57) ^{2}#`````````=2.37###F _{3} =0.150 TIMES 0.0540 TIMES (2 pi TIMES 6.16) ^{2}#``````````=12.1#v _{3} ^{2} =(2 pi TIMES 0.0540 TIMES 6.16) ^{2}#``````````=4.37그림 .0.200kg짜리 추를 매달았을 때2) 0.200kg짜리 추를 매달았을 때 구심력 계산F _{1} =0.200 TIMES 0.0380 TIMES (2 pi TIMES 3.81) ^{2}#``````````=4.36#v _{1} ^{2} =(2 pi TIMES 0.0380 TIMES 3.81) ^{2}#`````````=0.828###F _{2`} =0.200 TIMES 0.0480 TIMES (2 pi TIMES 4.47) ^{2}#```````````=7.52#v _{2} ^{2} =(2 pi TIMES 0.0480 TIMES 4.47) ^{2}#``````````=1.81###F _{3} =0.200 TIMES 0.0580 TIMES (2 pi TIMES 4.77) ^{2}#``````````=10.4#v _{3} ^{2} =(2 pi TIMES 0.0580 TIMES 4.77) ^{2}#`````````=3.026. 참고문헌참고문헌은 새로운 페이지로 시작한다. 예비 및 결과레포트를 작성할 때 참고한 자료를 나열하며 다음과 같이 숫자를 붙여서 표현한다. 바람직한 방법은 참고한 내용의 끝에 번호를 붙이는 것이지만 참고한 내용이 비교적 광범위 할 때는 편의상 레포트 말미에 일괄적으로 기재한다. 하지만 참고한 것이 명확한 것(예를 들면 인터넷에서 다운받은 그림)들은 참고문헌 기재시 번호를 부여한다.[1]일반물리학실험, 김용민 외, 북스힐, 159p (2013)→ 서적을 참고하였을 때는 서명, 저자, 출판사, 참고한 페이지, 발행년도의 순으로 기재한다. 단, 서명은 이탤릭체로 만들어 논문을 참고한 것과 구분할 수 있게끔 한다.[2] http://www.kps.or.kr/~pht/8-5/36.html→ 홈페이지의 내용을 참고하였을 때는 홈페이지 주소와 게시물의 주소를 기재한다. 예를들면 다운받은 그림같은 경우. 이때 그림설명의 끝에 참고문헌의 번호를 [번호]와 같은 형태로 넣어준다.[3] 대학생들의 물리학습에 대한 자기효능감조사, 이윤정 외, 새물리 64 (4), 423p (2013)→ 국내외 논문을 참고하였을 때에는 논문제목, 저자, 학술지명 권 호, 참고한 페이지, 발행년도의 순으로 기재한다.※ 소제목은 중고딕 font 12 ‘진하게’로 작성한다.※ 본문은 바탕 or 신명조체 font 10, 줄간격은 160%으로 작성한다.※ 평어체로 작성한다(“~하였습니다”, “~입니다”와 같은 경어체는 사용하지 않음).※ 그림은 스캔 또는 인터넷다운로드 그림화일 및 홈페이지의 그림화일을 활용한다.(인터넷에서 찾은 참고자료는 참고문헌에 표시한다).

공학/기술| 2016.03.09| 6페이지| 1,000원| 조회(185)

구심력, 물리실험 보고서, 결과레포트

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물리실험1 ) 각 운동량 보존법칙 결과레포트 입니다.

일반물리학 실험 1 (예비/결과 report)실험제목각 운동량 보존레포트평가서식-포맷(폰트,줄간격)에 맞게 정확하게 작성되었는가?-시각적으로 깔끔하게 작성되었는가?-참고문헌과 각주는 적절하게 작성되었는가?내용-실험이론을 잘 이해하고 작성하였는가?-실험과정을 잘 숙지하고 작성하였는가?결과분석-분석과정을 꼼꼼하게 기술하였는가?-결과분석을 올바르게 기술하였는가?학과학번성명실험조8조지도교수제출일2015년 6 월 1 일실험제목각 운동량 보존1. 실험목적돌고 있는 자전거 바퀴를 두 손으로 들고 회전축의 방향을 변화시킬 때 경험하는 힘을 통해 각 운동량에 대한 특성을 실감해 보고 각운동량의 보존과 세차운동의 원리를 알아본다.2. 실험원리1) 각운동량그림1. 회전하는 강체각속도vec { w}로 회전하는 강체에서 회전축인z축으로부터r_i만큼 떨어져서 회전하고 있는 강체의 질점m_i가 갖는 각운동량은 다음과 같이 쓸 수 있다.vec{l}=vecr times vecp =m_i vecr_i timesvecv_i--------------------------식1이 질점의 각운동량의 크기를l_i =m_i v_i r_i라고 한다면v_i =r_i w이므로 다음과 같이 정리할 수 있다.L_z = sum _{ i} ^{ }l_i =sum_{i} m_i r_i^2 w =(sum_{i}m_i r_i^2 )w=I_z w----------------식2각운동량의 방향은 가속도의 방향과 같으므로 오른손으로 회전방향을 감아쥘 때 엄지손가락이 가리키는 방향이다.2) 자전거바퀴의 각운동량 보존각운동량은 알짜외부 돌림힘이 0일 때, 즉 계가 고립되어있으면 계의 전체각운동량의 크기와 방향은 보존된다.①z축 방향의 각운동량그림2. z축방향의 각운동량그림2처럼z축 방향의 각운동량을 갖는 회전하는 자전거바퀴를 들고 반대방향으로 바퀴를 엎으면 각운동량을 보존하기 위하여 몸 전체가 회전하면서 반대방향으로 생긴 각운동량을 상쇄하고 초기 각운동량을 회복하려한다.②x축 방향의 각운동량그림3.x축 방향의 각운동량x축 방향의 각운동량을 갖는 자전거바퀴의 축을 기울이면 분해된 각운동량에 의해 형성된 y축방향의 각운동량을 상쇄시키기 위해 몸 전체가 회전하는 것을 경험할 수 있다.3) 자전거바퀴를 이용한 세차운동관찰그림4. 세차운동회전하는 자전거바퀴를 줄에 매달아 늘어뜨리면 자전거바퀴는 줄 끝을 회전축으로 세차운동을 한다. 중력은 줄에 매달린 끝을 회전축으로 다음과 같이 돌림힘을 만든다.vec tau =vecr timesM vecg--------------------------식3이때vec tau의 방향은vecr과M vecg에 의해 만들어진 평면에 수직한 방향이다. 따라서 이 돌림힘에 의해 각운동량의 변화가 생기며 각운동량의 변화방향은 돌림힘의 방향과 같다.3. 실험기구 및 장치자전거 바퀴, 회전판4. 실험방법(1) 그림5와 같이 자전거바퀴를 듣고 회전판 위에 올라선 후 반시계방향으로 자전거바퀴를 충분히 돌리고 나서 회전축을 약간 비틀어 본다.(2) 그림과 같이 자전거바퀴를 수평으로 비튼 후에 자전거바퀴의 회전방향에 따라 몸이 어느 방향으로 회전하는지 알아보고 각운동량보존의 결과와 비교한다.(3) 그림과 같이 자전거 바퀴를 충분히 회전시킨 후 한쪽 끝의 줄을 잡아 매달았을 때 자전거바퀴가 어떻게 운동하는지 관찰해 보고 각운동량의 방행과 돌림힘의 방향을 비교해 본다.5. 실험결과 및 분석1)(파란화살표: 바퀴의 각운동량, 검정화살표: 분해된y축 성분 각운동량)(a)위쪽으로 형성된y축방향의 각운동량을 상쇄하기 위하여 몸이 시계방향으로 회전함

공학/기술| 2016.03.08| 9페이지| 1,000원| 조회(1,178)

결과레포트, 물리실험1, 각 운동량 보존법칙

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탄도진자 결과 평가A+최고예요

일반물리학 실험 1 (예비/결과 report)실험제목탄도진자레포트평가서식-포맷(폰트,줄간격)에 맞게 정확하게 작성되었는가?-시각적으로 깔끔하게 작성되었는가?-참고문헌과 각주는 적절하게 작성되었는가?내용-실험이론을 잘 이해하고 작성하였는가?-실험과정을 잘 숙지하고 작성하였는가?결과분석-분석과정을 꼼꼼하게 기술하였는가?-결과분석을 올바르게 기술하였는가?학과학번성명실험조8조지도교수제출일2015년 5 월 4 일실험제목탄도진자1. 실험목적탄도진자를 이용하여 운동량 보존의 원리를 실험을 통하여 학습하고, 공의 초기속도를 계산해 본다.2. 실험원리그림 1. 탄도진자1) 공의 속도를 구하는 방법그림1에서 공을 쏘고 공이 추진자와 충돌해 같이 회전하는 상황이라고 가정하면 공의 운동량은 공과 추진자의 운동량으로 보존된다. 따라서 공의 속도는 공과 추진자의 운동량을 구하면 구할 수 있게 된다. 공과 진자의 운동에너지는 역학적 에너지 보존법칙에 의해 공과 진자가 정지한 순간의 퍼텐셜에너지와 같다. 공과 진자의 운동에너지를 구하면 공과 진자의 운동량을 유도할 수 있다.2) 공의 속도 유도그림1의 상황에서 진자의 무게가M이라고 가정하면 공과 진자의 퍼텐셜에너지변화량TRIANGLE PE을 구해보면 다음과 같다.triangle PE=(m+M)g triangle h-------------------------식1이때triangle h는 높이의 변화량을 의미하며 그 크기는 다음과 같다.triangle h=R_cm (1-costheta)--------------------------식2따라서triangle PE를 다시 표현하면 다음과 같다.triangle PE=(m+M)gR_cm (1-costheta)-----------------------식3공과 진자가 충돌 후 공과 진자의 운동에너지KE를 운동량P으로 나타내면 그 값은 다음과 같다.P=(m+M)v prime-------------------------------식4KE= {1} over {2} (m+M)v prime ^{2}= P ^2 over2(m+M)-------------------------식5P=sqrt{2(m+M)^2 gR_cm (1-costheta)--------------------------식6이때 충돌 후 운동량P는 공의 운동량P_1과 같은 값을 가진다. 이를 이용하여 속도를 구해보면 다음과 같다.P=P_1-----------------------------------식7mv=sqrt{2(m+M)^2g R_cm (1-costheta)}------------------------식8v= (m+M)over m sqrt{2gR_cm (1-costheta)}-------------------------식93. 실험기구 및 장치그림 2. 실험준비물탄도진자 장치, c클램프, 구슬, 추4. 실험방법그림 3. 방아쇠를 당겼을 때 모습① 구슬들과 추, 추걸이진자 의 질량을 측정한다.② 조립되어있는 장치의 발사관이 흔들리거나 어긋나있지 않은지 확인한다.③ 구슬을 발사하기 전 각도기의 눈금이 0에 있는지 항상 확인한다.④ 장치를 c클램프를 이용해서 장치를 단단히 고정한다.⑤ 사용할 구슬을 삽입봉을 이용하여 3단계까지 밀어 넣는다.⑥ 발사구와 진자의 구멍을 맞출 때는 장치의 홈과 추걸이 진자의 돌출부를 일직선으로 맞 추면 된다.⑦ 방아쇠 줄을 천천히 당긴다.⑧ 올라간 각도를 확인하고 추걸이진자에서 공을 빼낸다.⑨ 플라스틱 공, 쇠공, 추를 이용하여 실험을 진행한다.5. 실험결과 및 분석1) 측정값추진자 : 0.170kg플라스틱 공 : 0.007kg쇠 공 : 0.067kg추 : 0.049kg① 플라스틱 공theta_1theta_2theta_3평균1단5.00DEG4.00DEG5.00DEG4.67DEG2단10.0DEG11.0DEG13.0DEG11.3DEG3단30.0DEG26.5DEG27.5DEG28.0DEG② 쇠공theta_1theta_2theta_3평균1단18.0DEG18.0DEG18.0DEG18.0DEG2단43.0DEG44.5DEG44.0DEG43.8DEG3단67.0DEG67.0DEG65.0DEG66.3DEG2) 계산값플라스틱 공(m/s)쇠공(m/s)1단3.532.212단8.535.463단21.08.00① 플라스틱 공의 속력1단:v_1 ={(0.007+0.17)}over0.007 timesroot{2times9.8times0.3(1-cos4.67DEG)}=3.53m/s2단:v _{2} = {(0.007+0.17)} over {0.007} TIMES sqrt {2 TIMES 9.8 TIMES 0.3(1-cos11.3 DEG )} =8.53m/s3단:v _{3} = {(0.007+0.17)} over {0.007} TIMES sqrt {2 TIMES 9.8 TIMES 0.3(1-cos28.0 DEG )} =21.0m/s② 쇠공의 속력1단:v_1 ={(0.067+0.219)}over0.067 timesroot{2times9.8times0.3(1-cos18.0DEG)}=2.21m/s2단:v_2 ={(0.067+0.219)}over0.067 timesroot{2times9.8times0.3(1-cos43.8DEG)}=5.46m/s3단:v_3 ={(0.067+0.219)}over0.067 timesroot{2times9.8times0.3(1-cos66.3DEG)}=8.00m/s3) 결과 분석플라스틱 공과 쇠공은 같은 탄성에너지를 받기 때문에 운동에너지의 값은 동일하다. 따라서 플라스틱 공과 쇠공의 질량이 약 9배 차이를 보이기 때문에 둘의 속력은 약 3배가량 차이 나야한다. 그 값을 구해보았을 때 다음과 같다.이론비율(플라스틱 공v/쇠공v)측정값비율(플라스틱 공v/쇠공v)오차(%)1단3.001.6046.62단1.5648.03단2.6212.6표 1. 플라스틱 공과 쇠공의 속력공이 받은 탄성에너지는 용수철의 압축 길이에 비례한다. 따라서 공의 속력은 용수철의 압축 길이에 비례해야한다. 플라스틱 공과 쇠공의 속력의 비율을 구해보았을 때 다음과 같다.이론비율측정값비율1단1.001.002단2.002.413단3.005.95표 2. 플라스틱 공의 속력비율이론비율측정값비율1단1.001.002단2.002.473단3.003.62표 3. 쇠공의 속력비율표2를 살펴보면 3단에서 이론비율의 약 2배의 값이 나왔다. 이때 1단에서 3단으로 늘렸을 때 공에게 주이지는 탄성에너지는 일정하다. 즉, 용수철의 압축 길이가 정해져 있기 때문에 1단에서보다 6배의 힘이 가해질 수 없다는 뜻이다. 따라서 이는 플라스틱 공이 3단에서 속력이 더 크게 측정된 것이 아니라 1단에서의 속력이 이론값보다 더 작은 값이 나온 것이다.표1을 보면 3단에서 오차율이 12.6%로 1단과 2단의 오차율과 비교했을 때 더 정확한 값을 얻었다. 따라서 3단이 정확했다고 생각하고 2단과 비율을 구하면 이론적으로는 1.5가 나와야 하지만 측정값으로 구한 비율은 2.46이 나왔다. 이는 위와 같은 이유로 2단의 속력이 더 적은 값이 나왔다는 뜻이다.

공학/기술| 2016.03.09| 8페이지| 1,000원| 조회(309)

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