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운동량 보존 실험 보고서

1. 실험 목적무 마찰 Air Table 위에서 2개의 원반을 충돌시켜가며 충돌 전 후 의 운동 속도를 측정하고, 그 결과로부터 충돌 전 후에 선 운동량이 보존됨을 알아본다.2. 기본 원리[1] 선 운동량 보존 법칙질량 m인 물체가 속도로 운동한다면, 선 운동량는 질량과 속도의 곱… ①로 정의된다. 만일 질량이 시간에 따라 변하지 않는다고 가정하고 식의 양변을 시간 t로 미분하면… ②이는 곧 뉴턴의 운동 제 2법칙(가속도의 법칙)이 된다. 이 식은 질점에 작용하는 힘는 선 운동량의 시간에 대한 순간 변화율이라는 것을 말해준다.여러 개의 질점으로 이루어진 질량이 변하지 않는 계에서의 선 운동량을 고려해 보자. 각각의 질량이이고 속도가인 질점 N개로 구성된 계의 총 선 운동량을라고 하면 이는 각 질점의 운동량을 합한 것으로 정의 할 수 있다.… ③또한 이 질점계에 작용하는 힘은 식 ②와 ③에 의해… ④만일 이 계에 작용하는 외력이 0이라면,이므로 총 선 운동량는 일정한 값(상수)을 갖는다. 즉… ⑤이는 외력(알짜힘)이 작용하지 않는 한 입자계의 총 선 운동량은 보존된다는 것이다. 이를 ‘선 운동량 보존 법칙’이라 한다. 선 운동량 보존 법칙은 충돌, 폭발, 방사성 붕괴, 핵반응 등 모든 종류의 상호작용에 대해 성립한다.한편, 선 운동량 보존 법칙은 알짜힘이 0이 아닌 경우에도 계의 내력이 외력보다 훨씬 크다면 근사적으로 적용 할 수 있다.[2] 충돌 현상에서의 선 운동량 보존⑴ 1차원 충돌에서의 선 운동량 보존질량인 두 물체가 마찰이 없는 평면 위에서 충돌 전 각각의 속도로 달리다가 정면충돌 후 속도가가 되는 운동을 하였다. 이와 같은 충돌에서 작용하는 힘은 두 공 사이에 작용하는 힘으로만 한정지을 수 있다.그림 1. 물체의 정면충돌식… ⑥이므로 각각의 공의 운동량의 변화는… ⑦… ⑧아래 첨자 i, f는 각각 충돌 전과 후를 나타내고,는 2번 공이 1번 공에 작용한 힘,는 1번 공이 2번 공에 작용한 힘을 나타낸다. 그런데 뉴턴의 운동 제 3법칙(작용 반작용의 법칙)에 의하여… ⑨이 관계식을 이용하여 식 ⑦과 ⑧의 양 변을 각각 더하면… ⑩이 식을 정리하면… ⑪… ⑫… ⑬이는 충돌 전의 선 운동량의 합은 곧, 충돌 후의 선 운동량의 합과 같다는 것을 보여준다. 그러므로 충돌 과정에서 외력이 작용하지 않는다면 계의 총 선 운동량은 변하지 않는다.즉, 계의 총 선 운동량은 보존된다.⑵ 2차원 충돌에서의 선 운동량 보존그림 2. 마찰이 없는 평면 위에서 두 물체가 2차원 충돌을 한 경우그림 2에서와 같이 마찰이 없는 평면 위에서 질량의 1번 공과 질량의 2번 공이 각각 의 속도로 운동하여 빗겨 맞는 충돌을 한 후 속도의 운동을 하는 경우, 각각 공의 운동량 변화는… ⑭… ⑮1차원 정면충돌에서와 같이 위 식을 정리하면… ?또는… ?계의 총 선 운동량은 보존된다.이와 같이 2차원 충돌에서도 충돌 시 외력이 작용하지 않는다면 계의 총 선 운동량은 보존된다. 3차원에서도 마찬가지 이다.만약 식을 그림 2에서와 같이 임의로 선택한 좌표축에 대해 각 성분별로 나누어 기술하면… ?… ?이 결과는 2차원 충돌에서 운동량이 각 축 성분에 대하여 독립적으로 보존됨을 보여준다.★식 ?과 ?는 좌표축의 선택과 충돌 양상에 따라 다르게 기술 될 수 있다.이상의 선 운동량 보존의 논의에 덧붙여 충돌 전 후의 운동에너지의 관계를 나타내면… ?우변의는 충돌 전후의 운동에너지의 차이로 충돌 시 소리, 열, 빛 등으로 소모되는 에너지를 나타낸다. 특별히인 충돌을 탄성충돌 이라고 한다.3. 실험 과정⑴ 실험대를 수평으로 맞춘다.⑵ 실험대 위에 Carbon Paper를 펼쳐놓고 그 위에 타점 기록 용지를 올려놓는다. 그리고 용지 위에 Sparker를 꽂은 금속 원반을 올려놓는다.⑶ Sparker에 전원을 공급하기 위한 설치를 한다.⑷ Spark Timer의 전원을 켜고 진동수를 30-40㎐로 조절한다.★우리 조는 30㎐로만 실험하였다.⑸ 공기펌프의 스위치를 켠다. 이때 원반의 움직임을 보며 수평을 다시 조절한다.⑹ Foot Switch를 누르며 원반을 충돌시키고 충돌 후 실험대의 가장자리에 원반이 부딪히기 전에 Foot Switch를 off시킨다.⑺ 두 원반을 실험대 가장자리에 옮긴 후 원반의 운동 결과를 확인한다.⑻ 기록 용지를 바꾸고 ⑹-⑺과정을 반복 수행한다.★우리 조는 총 7회의 수행을 하였는데 그중 1회는축 방향이 같도록 수행하였고(⑥회차 실험) 1회는 정면충돌을 하였다.(⑦회차 실험)⑼ 두 원반의 질량을 각각 측정하여라 하고 기록한다.⑽ 자와 각도기를 이용하여 충돌 전 후 두 원반의 속도와 원반의 경로가 좌표축과 이루는 각을 측정하고 기록한다.4. 실험 데이터[1] 측정 값◎원반의 질량 :583583회진동수*************.219.815.*************5141411.811.*************.612.611.86.8430221913-217.812.29.215.653091381013.812.610.812.263031013115.410.48.613.873013-11149.68.213각 측정값들의 단위는 °, cm/s[2] 선운동량 보존 여부를 확인하기 위한 계산⑴필요한 식x축 성분 :y축 성분 :⑵ 계산 결과(운동량. 단위는 ㎏?㎧)회x축y축처음나중오차율처음나중오차율10.0175830.017331.435089-0.000580.000081114.020220.00107-0.00261344.0794-0.00414-0.0001197.413253-0.01898-0.02694-41.90790.0026180.01147-338.15740.0289670.038631-33.36480.0157180.015243.04458550.0078880.0076942.45942-0.00394-0.003598.90326960.0299480.031589-5.478440.0152270.01268316.7115970.0257160.02798-8.80169-0.0015-0.00216-43.3565※오차율=운동량은 보존되어 하는데 보존되지 않는 결과가 나왔기에 오차율을 위와 같이 계산하였다.⑶ 에너지 손실률 계산회에너지 손실률(%)135.9231.3326.1429.6524.0623.4718.05. 실험 분석[1] 실험 결과 분석이번 실험은 마찰이 없는 평면에서 2차원 충돌 시 운동량이 보존되는 것을 확인하기 위한 것이었다. 특별히 1차원 충돌처럼 한 실험은 탄성충돌이라 가정하고 운동에너지 또한 보존되는 것 인가를 확인하기 위한 실험이었다. 우리 조의 실험 결과에 의하면 오차가 크게는 344%에서 적게는 2%까지 다양하게 나왔으며 단 하나도 운동량이 보존된 실험이 없었다. 또한 탄성충돌의 경우 역시 운동량도 보존되지 않았고, 운동에너지도 보존되지 않았다. 이러한 결과가 나온 이유로는 오차의 원인을 제대로 통제하지 못했기 때문이라고 보여 진다.이론적으로는 운동량은 반드시 보존되어야 하는 양 이지만 우리의 실험에서는 운동량이 보존되지 않았고 오차 또한 지나치게 큰 경향을 보이는 경우가 있으므로 실험 수행이 만족스럽게 되지 않았다는 결론을 내릴 수 있다.[2] 오차 원인 분석⑴ 실험대①실험대의 수평 여부실험대가 완전한 수평이 아닌 경우 중력의 영향을 받아 아주 미세하게 가속도가 생길 수 있다. 그에 따라 운동량이 보존되지 않을 수가 있다. 그 경우 기울어진 아래쪽으로 힘을 받게 되기 때문에 그 방향으로 운동량 변화가 있어야 하는데 실험 시 일정한 방향을 정해두고 실험을 한 것이 아니고, 실험 결과물로 좌표축을 정할 때에도 그러한 방향을 고려한 것이 아니기 때문에 수평이 아니라서 중력의 영향을 받은 것에 대해서는 결과 데이터로 딱히 확인 할 수 없었다.우리 조의 실험대는 수평계로 측정 해 보았을 때는 수평이었는데 에어펌프를 작동시켰을 때는 원반이 움직였었다. 이로 아주 약간의 경사가 있었을 것 이라고 예상은 할 수 있으나 예비 실험 보고서에 나온 것처럼 공기구멍의 불균형에 의한 움직임일 수도 있다는 추측 또한 가능하다.②실험대의 마찰 여부원래 에어펌프를 켜서 실험대의 마찰을 없이 해야 하지만 이번 실험에서 실험값 측정을 위해 실험대 위에 Carbon Paper와 기록 용지를 깔았다. 이것 때문에 완벽한 무 마찰 상태가 되는 것이 아니라 마찰이 생기면서 그에 따른 외력이 작용하여 전체적으로 속도의 크기가 작아졌을 수 있다고 생각된다.우리 조의 실험 결과가 전체적으로 나중 운동량의 합이 작게 나왔으므로 이는 타당한 추측이라고 볼 수 있다.⑵ 측정 장비①SparkerSparker의 경우 타점이 고른 간격과 고른 강도로 찍히지 않았기 때문에 타점 간 거리를 잴 때 어려움이 많았다. 동일한 패턴으로 반복된다고는 하지만 그 안에서도 간격이 계속 달라졌기 때문에 구간을 어떻게 잡느냐에 따라 속도가 크게 변화되었을 것이라고 생각된다.이 또한 우리 조의 실험 결과에는 어떠한 영향을 미쳤다고 딱히 말 할 수 는 없으나 영향을 미쳤다는 사실은 가능한 추측이라고 생각된다.②자우리가 사용한 자는 버니어 캘리퍼스와 같이 좀 더 정밀한 자가 아니라 눈금도 많이 지워져서 잘 보이지 않는 측정하기 매우 어려운 자였다. 길이를 잴 때 정확히 수평하게 측정되지 않으면 크게는 1mm까지도 차이가 나게 된다. 우리 조에서는 대부분의 속도를 15타점의 거리를 계산 한 후 2배하여 1초 동안의 변위를 구했으므로 만약 1mm의 차이가 있었다면 속도는 2mm/s가 나게 된다.③ 각도기각도기 또한 정밀한 측정이 힘든 측정 기구였다. 또한 타점이 연속적이지 않았기 때문에 정확히 한 점까지 각이 몇 도라고 해서 그 값이 정확하게 원반이 튕겨져 나간 각이라고는 할 수 없다. 각을 잘못 측정함으로써 각 축의 운동량은 커질 수도, 작아질 수도 있다.⑶측정 과정에서의 실수① 축 설정각을 잴 때 좌표축을 임의로 설정하였다. 각 원반의 Sparker가 원반의 반지름의 2배만큼 떨어져 있기 때문에 좌표축이 완전히 평행한가를 확인하기 힘들었다. 그로 인하여 운동량의 변화가 생길 수 있다고 생각된다.

공학/기술| 2007.10.24| 8페이지| 1,000원| 조회(316)

운동량, 무마찰 실험대

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영문 이력서

ExperienceUndergraduate Research Assistant (March 20x3 ~ present) I am currently working on a project to develop a human acting model and fusing of sense information based on processing mechanism on ruling information on brain sponsored by Korean Ministry of Commerce. I am spending my senior year working on the research project for designing processing mechanism of brain for robot. My major responsibility is designing the algorithm. I believe that my experience on studying of processing mechanism on ruling information on brain. Team Leader(March 2009 ~ July 2010) During my junior year, I was the leader of a team for a robot competition held by Korean Ministry of Science & Technology. My team included another junior, a sophomore, and two freshmen. I led many design meetings and made key decisions on the design while being responsible for designing and building the power train of the robot. My team won the third place award in the competition. (Ref. Hosung Kim, Professor of Chung-ang University) Volunteer (July 2008 ~ August 2010)

외국어 이력서| 2007.10.24| 2페이지| 500원| 조회(502)

영문이력서, robot, Designing, Career, sophomore

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자기소개서

삼성에서 세계 로봇 시장을 이끌어 가는 한 사람으로 크고 싶습니다.만화속 내용을 꿈꾸는 소녀“터미네이터와 로보캅. 둘 중 무엇이 더 멋지니?”라고 저에게 물으신다면 저는 주저 없이 로보캅을 택할 것입니다. 그저 영화를 보고 즐긴다면, “그 가치를 비교 할 필요가 있을까” 라고 생각할지도 모릅니다. 하지만 그 둘에는 ‘인공지능로봇’과 ‘사람의 두뇌로 움직이는 로봇’이라는 차이가 있습니다. 저의 중학교 때 꿈은 인공 장기 등을 연구하는 것이었습니다. 그러던 중 고등학교 때 ‘강철의 연금술사’라는 만화책을 읽다가 ‘오토메일’이라는 로봇 팔, 다리에 관심을 가지게 되었습니다. 사람의 신경과 연결되어 자신의 두뇌로 기계를 움직인다는 점에 매료되어 만화책 속의 이야기를 내가 현실로 만들고 싶다는 생각을 하게 되었습니다. 그러한 꿈을 이루기 위해 전자전기 공학부에 입학했고, 로봇 연구 동아리에 가입해서 활동 중입니다. 또한 저의 꿈을 실현시키기 위해서는 생물학적 지식도 필요하기에 틈틈이 의학 서적들도 읽고 있습니다.臥薪嘗膽(와신상담)초등학교 6학년 때 공부를 못한다고 무시당했던 기억은 저에게 언제나 최고가 되라고 채찍질 합니다. 그 후로 최고가 아니라면 최고를 목표로 노력했고, 최고가 되었다면 그 자리를 지키기 위해, 혹은 더 나은 그룹과의 경쟁에서 최고가 되기 위해 노력했습니다. 학창시절에는 그 방법이 공부뿐 이었지만, 그때 생긴 최고를 향한 욕심은 아직도 저 자신을 방심하지 못하게 하고 하루, 하루를 최선을 다하며 살도록 합니다. 하루가 다르게 쏟아져 나오는 기술의 홍수 속에서 살아남는 길은 와신상담하며 자신을 발전시키는 것 뿐 입니다. 저의 최고를 향한 욕심은 세계 최고를 지향하는 귀 사의 경영이념과 시너지 효과를 내어 더욱 빛을 발할 것입니다.Minor Navigator저 자신을 있지 않은 길을 가는 사람이라고 말하지 않겠습니다. 저는 단지 덜 가는 길을 택할 뿐입니다. 대학교 2학년 여름방학 때 좀 더 넓은 세계를 느끼기 위해 해외여행을 갔습니다. ‘좀 더 고생해 보자’라는 생각으로 남미의 고산지대를 갔다 왔습니다. 친구들의 여행 사진을 보면 한결같습니다. 누구의 사진이든 에펠탑이 있고, 베를린 장벽이 있으며, 스위스의 설원이 있습니다. 하지만 제 사진에는 자연이 담겨 있습니다. 지금이 아니면 체험하지 못했을 고생이 담겨있습니다. 제가 하고자 하는 것 역시 아직은 상용화가 어렵고 연구하기도 어려운 분야입니다. 아직은 그저 만화책 속 이야기입니다. 하지만 아무도 가지 않은 것은 아닙니다. 먼저 연구했던 사람들의 연구를 바탕으로 제가 하고자 하는 연구를 하고 싶습니다. 저 역시 저의 연구가 상용화가 되기 전 까지는 엄청난 노력이 필요 할 것입니다. 그러나 개척하는 사람들만이 느낄 수 있는 그러한 보람을 느끼게 될 것입니다. 그 보람의 대가를 귀 사에 돌릴 수 있는 기회를 얻고 싶습니다.로봇의 나사 하나로써어떤 기계이든 아무리 쓸모없어 보이는 부품일 지라도 그 부품이 빠지게 되면 기계는 오작동하게 됩니다. 그것은 첨단 기계일수록 더욱 그러합니다. 연구 역시 그러합니다. 팀워크가 중심이 되는 연구에서 한 사람이 자신의 역할을 못하게 된다면 모든 연구는 무너지게 됩니다. 로봇 연구 역시 그러합니다. 로봇 연구는 모든 기술의 집결체라고 할 수 있습니다. 그 속에서 한 사람이 역할을 제대로 못한다면 그 영향은 다른 어떠한 기술의 연구보다 파급효과가 클 것입니다. 10대의 저는 항상 조금씩 튀어나온 못이었습니다. 지나친 완벽에 대한 집착은 남들과 저 사이에 이질감을 주었습니다. 그 이질감을 없애기 위해 대학 동아리 활동을 하며 저 자신을 조금은 무디게 하였고, 조직원들이 호흡을 맞춰가며 연구하는 것을 몸에 익혔습니다.

취업| 2007.10.24| 2페이지| 3,000원| 조회(457)

자기소개서, 목표, 욕심, 최선, 방심

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뉴턴역학 실험보고서

1. 실험 목적선형 무마찰 실험대 상에서 등가속도 운동을 하는 물체의 가속도(실험값)를 측정하고, 이 측정 결과를 뉴턴의 운동 제 2법칙(F=ma)을 이용하여 풀이한 가속도(이론값)와 비교하여 본다.2. 기본 원리[1]뉴턴의 운동 제 2법칙물체의 질량(m), 물체에 작용하는 힘(F), 물체의 가속도(a) 간의 상관관계를 알아보기 위해서 세 가지 양들 중 한 가지를 일정한 상태로 두었을 때, 다른 두 가지 양이 서로 어떤 관계에 있는지를 알아보자.(ⅰ)질량이 일정할 때 : 물체에 작용하는 힘이 클수록 물체는 더 큰 가속도를 갖는다. 즉, 물체의 가속도는 작용하는 힘에 비례한다. (a∝F)(ⅱ)힘이 일정할 때 : 질량이 큰 물체일수록 작은 가속도를 갖는다. 즉, 질량과 가속도는 반비례한다. (a∝1/m)(ⅲ)가속도가 일정할 때 : 두 물체가 동일한 가속도를 갖기 위해서는 질량이 더 큰 물체에 더 큰 힘을 가해 줘야만 한다. (F∝m)위와 같은 물체의 질량, 힘, 가속도의 상관관계로부터 ‘어떤 물체에 힘을 가하면 물체는 가속도를 가지게 되며 그 크기는 가한 힘에 비례하고 물체의 질량에 반비례 한다’는 결론을 도출해 낼 수 있다. 즉,F=kma … ①라고 표현 할 수 있다. 여기서, k는 비례 상수로서, SI 단위로 1kg의 물체의 질량에 대하여 1N의 힘은 1m/s²의 가속도를 가지게 하므로 k=1이 된다. 즉, 1N=1kg?m/s²이다. 그리고 이와 같은 결론을 뉴턴의 운동 제 2법칙이라고 부른다.한편, 여러 개의 힘들이 물체에 작용한다면, 이 힘들의 벡터 합이 되는 합력을 알짜 힘으로써 고려해야 하므로 뉴턴의 운동 제 2법칙은∑F=ma … ②로 쓸 수 있다.[2]뉴턴의 운동 제 2법칙 응용 (1) - 마찰이 없는 경사면에서의 운동mgmgcosθmgsinθNmyxθ그림1. 마찰이 없는 경사면 위의 물체에 작용하는 힘들그림1에서와 같이 마찰이 없는 경사면 위에 놓여 있는 질량 m인 물체에는 수직항력과 중력의 일정한 두 힘이 작용한다. 이를 뉴턴의 운동 제 2법칙에 적용하면… ⑦이고, 이를 x, y축 성분으로 각각 나누면x축 성분 :… ⑧y축 성분 :… ⑨이 된다. 위 두 식만으로는 물체의 장력과 가속도를 동시에 구할 수 없으므로, 질량 m인 물체의 운동도 고려해야 한다. 질량 m인 물체에 뉴턴의 운동 제 2법칙을 적용하면… ⑩이고, 이를 x, y축 성분으로 각각 나누면x축 성분 :… ⑪y축 성분 :… ⑫이 된다. 그런데 줄은 줄어들거나 늘어나지 않고, 도르래에 의해 운동 방향만 바뀌므로 질량 M인 물체의 y축 방향의 가속도 크기와 질량 m의 물체의 x축 방향의 가속도 크기는 같아야 한다.… ⑬위 식 ⑬을 이용하여 식 ⑨와 ⑪을 연립하여 풀면… ⑭의 결과를 얻는다. 이로써 두 물체는 등가속도 운동을 함을 알 수 있다.3. 실험과정[1]실험 (1) - 마찰이 없는 경사면에서의 물체의 운동(1) 무마찰 실험대와 공기펌프를 고무호스로 연결하고 공기펌프의 전원을 켠 후, 송풍의 세기를 맞춘다. 그리고 무마찰 실험대 위에 글라이더를 올려놓고 움직임을 관찰하며 무마찰 실험대의 수평을 조절한다. 수평조절한 후 공기펌프는 끈다.(2) 받침대를 선택하여 버니어 갤리퍼스로 높이를 정확히 측정하여 h라 하고, 수평을 맞춘 무마찰 실험대의 한쪽 다리 밑에 두어 무마찰 실험대에 경사를 준다.(3) 무마찰 실험대에 부착된 자를 이용하여 두 다리 사이의 거리를 재고, 이 값을 s라 한다.(4) 무마찰 실험대에 깃대를 꽂은 글라이더를 장치한다. 깃대는 글라이더와 정확히 나란하도록 조정한다.(5) 무마찰 실험대의 임의의 두 지점에 Photogate를 설치한다. 광센서의 높이는 깃대의 U모양의 홈 안에 위치하도록 조절한다.*우리 조에서는 처음 설치한 거리로 3회 실험 후 2회는 처음거리보다 간격을 짧게, 2회는 처음 거리보다 간격을 길게 해서 실험했다.(6) 글라이더를 경사면의 위쪽 Photogate 앞에 적당한 거리를 두고 위치하게 한다.(7) Photogate들의 연결잭 2개를 Segye Photogate Timer(이하 SPT)의 오른쪽 단자에 삽 양의 추를 달아 글라이더의 질량을 변화시킨 후에 과정 (6)~(11)을 7회에 걸쳐 수행한다. (3회는 처음 설치한대로, 4회는 Photogate간의 거리를 변화시키면서.)[2]실험 (2) - 줄로 연결되어 도르래에 걸쳐져 있는 두 물체의 운동(1) 실험 (1)에서와 같이 무마찰 실험대의 수평을 맞춘다.(2) 무마찰 실험대의 끝에 도르래를 부착시키고, 추걸이와 글라이더를 실로 연결하여 도르래에 걸쳐놓는다. 이때 실은 무마찰 실험대와 반드시 평행이 되어야 한다.(3) 글라이더에 깃대를 꽂고 이 깃대가 글라이더와 정확히 나란하도록 조정한다.(4) 실험 (1)과 같이 무마찰 실험대의 임의의 두 지점에 Photogate를 설치한다.(5) 글라이더를 도르래에서 먼 쪽 Photogate 앞에 적당한 거리를 두고 위치하게 한다.(6) 실험 (1)과 같이 Photogate를 측정 대기상태에 둔다.(7) 글라이더를 잡은 상태에서 추걸이에 적당한 질량을 달고 공기펌프를 켜고 송풍의 세기를 3.5 정도에 맞춘 후에 잡고있던 글라이더를 살며시 놓아 운동시킨다.(8) SPT의 액정화면에 표시된 평균 가속도의 측정값을 a′ (실험값)이라 하고 그 값을 기록한다.(9) 글라이더의 질량을 재어 m이라 하고 기록하고, 추걸이를 포함한 추의 질량을 재어 M이라 하고 기록한다.(10) 과정 (9)에서 측정한 질량을 이용하여 식 ⑭의 ‘줄로 연결되어 도르래에 걸쳐져 있는 두 물체의 운동가속도’의 이론값인 a를 계산한다. 여기서 g=980cm/s²으로 한다.(11) a′와 a를 비교해 본다.(12) 과정(5)~(11)을 6회 더 반복 수행한다. (여기서도 4회는 Photogate간의 간격을 변화시켜본다.)(13) 글라이더의 양면에 있는 가는 쇠기둥에 적당한 양의 추를 달아 글라이더의 질량 m을 변화시킨 후 과정 (5)~(11)을 7회에 걸쳐 수행한다. (실험 (1)과 마찬가지로 Photogate간 거리를 변화시켜 본다. a′중 가장 큰 값과 가장 작은 값은 지운다.)(14) 과정 (13)의 글라10g회mMa (이론값)a′ (실험값)×1001181.6 g10 g51.1 cm/s²50.3 cm/s²1.6250.7 cm/s²0.8351.0 cm/s²0.2450.4 cm/s²1.4651.1 cm/s²0.0평균50.7 cm/s²0.8②글라이더의 질량(m) : 191.6g(추+추걸이)의 질량(M) : 10g회mMa (이론값)a′ (실험값)×1001191.6 g10 g48.6 cm/s²48.7 cm/s²-0.2247.8 cm/s²1.6347.7 cm/s²1.9448.2 cm/s²0.8648.1 cm/s²1.0평균48.1 cm/s²1.0③글라이더의 질량(m) : 181.6g(추+추걸이)의 질량(M) : 20g회mMa (이론값)a′ (실험값)×1001181.6 g20 g97.2 cm/s²96.0 cm/s²1.2296.4 cm/s²0.8397.2 cm/s²0.0496.2 cm/s²1.0696.2 cm/s²1.0평균96.4 cm/s²0.85. 실험 분석[1]실험 (1)실험 (1)은 마찰이 없는 빗면에서 질량의 변화가 가속도에 어떠한 영향을 미치는가를 알아보고 그 결과가 뉴턴의 운동 제2법칙을 따르는가를 알아보는 실험이었다. 뉴턴의 운동 제 2 법칙에 의해 유도된 마찰이 없는 빗면에서의 가속도 공식인 ⑥번 식에 의하면 가속도는 질량의 변화에 영향을 받지 않는다. 우리 조에서 한 ①번 실험과 ②번 실험의 결과 역시 각각의 데이터는 조금씩 차이가 있었지만 평균을 구해 보았을 때 글라이더의 질량에 무관하게 가속도는 일치하였다. 또한 각 데이터는 물론 평균을 낸 데이터도 이론적으로 산출한 값과 거의 비슷하였다. 이는 뉴턴의 운동 제2법칙이 성립함을 보이며, 이러한 면에서 실험의 목적과 부합하는 결과였다.[2]실험 (2)실험 (2)는 줄로 연결되어 도르래에 걸쳐있는 물체의 운동에서 양쪽 물체의 질량 변화가 가속도에 어떠한 영향을 미치는가를 알아보고 그 결과가 뉴턴의 운동 제 2법칙을 따르는가를 알아보는 실험이었다. ①, ②, ③번 실험 모두에서 공통적으로 이론값과 실험값의 차이가된다. 그렇다면 뉴턴의 운동 제 2법칙에 의하여 ③실험의 가속도가 ②실험의 가속도의 2배가 나와야 한다. 이론값을 구해 보았을 때 실험③의 결과는 실험②의 결과의 2배가 나왔고, 우리 조의 실험 결과 역시 실험③의 결과가 실험②의 2.00415...배로 뉴턴의 운동 제2법칙에 부합하는 실험 결과였다.[3]오차우리 조의 이번 실험 결과는 조원 모두가 만족스러워 할 정도로 오차가 적었다. 하지만 미세한 오차들이 있었는데 그 원인을 따져 보면(1) 유효숫자우리 조의 실험 결과의 유효숫자는 소수점 아래 1자리이다. 이는 SPT에 소수점 아래 1자리까지만 측정되어 나왔기에 어쩔 수 없이 소수점 아래 1자리를 사용하게 되었다. 만약 좀 더 정밀하게 측정이 되어서 소수점 아래 2자리까지라도 표기할 수 있었다면 오차를 좀 더 줄일 수 있었을 텐데 하는 아쉬움이 남는다.(2) 마찰(i) 무마찰 실험대의 마찰 여부무마찰 실험대라 하더라도 에어펌프를 통해 글라이더를 공중부양 시키면서 실험대와의 접촉을 피해 마찰을 줄이는 것이다. 우리 조에서는 바닥과의 마찰에서 오는 마찰은 줄일 수 있더라도 공기구멍에서 나오는 공기 자체가 공기저항을 크게 할 수 있지 않을까 하고 생각 해 보았다.(ii) 도르래의 마찰실험 (2)에서 우리가 사용한 실은 그냥 면실로 다른 실험에 여러 번 사용된 듯 한 것이었다. 도르래가 매끈하다 하더라도 아주 작은 마찰은 있을 수 있지 않았을까 하고 생각 해 보았다.(iii) 공기저항무마찰 실험대의 구멍을 통해 나오는 공기 외에도 우리가 실험한 환경은 진공이 아니기 때문에 공기의 저항이 있었을 거라 생각된다. 특히 실험 (2)의 경우 (추+추걸이)에 작용하는 공기의 저항은 합력을 작게 하여 가속도를 원래보다 작게 할 수 있었을거라 생각된다.(3) 실험 도구의 설치(i) 빗면의 sinθ값빗면의 sinθ값을 구할 때 높이를 좀 더 정밀하게 측정하지 못 한 것이 아쉬움이 남는다. 실험 매뉴얼에는 받침대의 높이를 잰 후 두 다리 사이의 간격을 실험대에 설치된 자를 통해 빗 있다.

공학/기술| 2007.10.24| 10페이지| 1,000원| 조회(287)

뉴턴, 가속도, 마찰, 실험대

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기초 정전기 실험 보고서

1. 실험 목적사고 실험을 통해서만 이해할 수 있었던 정전기적 현상에 대해서 직접 실험 실습을 통해 전하의 발생(대전), 전하의 분포, 전하의 이동 등 다양한 정전기적 현상을 정성적, 정량적으로 경험함으로써, 정전기 현상에 대한 정확한 이해를 얻고자 한다.2. 실험 기본 원리⑴전하전기적, 자기적 효과를 만들어 내고 또한 이를 경험하는 물질의 성질. 양(+)전하와 음(-)전하의 두 종류가 있으며, 독립적인 존재가 아니고 항상 물체에 존재한다.전하의 근원은 원자이며 양전하의 자연적인 기본 운반자는 원자 핵 속에 있는 입자인 양성자인데 고체 내부의 공간에 단단하게 고정되어 있기 때문에 양성자는 한 물질로부터 다른 물질로 이동 할 수가 없다.⑵전하의 특징①가장 중요한 특징으로는 고립된 계에서는 총 전하가 항상 보존된다는 ‘전하량 보존 법칙’이다. 이는 처음에 중성인 두 물체를 문질러 대전시켰을 때 이 과정에서 전하는 새로 생성되거나 소멸되지 않고 물체 사이의 음전하(전자)가 이동하기 때문에 대전된다는 것이다.②전하의 양을 나타내는 SI단위는 쿨롱(C)이며 이는 전하가 흐르는 비율인 전류I에 의해 다음과 같이 정의된다.③전하량은 밀리컨에 의해 기본 전하량(e)의 배수가 된다는 사실이 밝혀졌다.기본 전하량이다. 이와 같이 전하는 오직 불연속적인 양으로만 나타나며, 이를 전하의 양자화라고 한다.④대전된 물체는 다른 물체에 힘을 작용하는데 이 힘의 크기와 방향은 쿨롱의 법칙에 의해 정량적으로 나타내어진다.쿨롱의 법칙 :⑶전하의 발생(대전)①마찰에 의한 대전ⅰ. 중성의 두 절연체 사이의 대전마찰은 정전기를 발생시키는 주요 방법인데, 서로 밀착해 있는 두 물체의 표면이 접촉 후 분리 될 때 마다 한 표면은 전자를 잃어버리고 양으로 대전되는 한편, 다른 면은 그 전자를 얻어서 음으로 대전된다. 이 때, 분리 전 후에 있어서 두 물체의 총 전하량은 같다.ⅱ. 대전된 절연체와 도체 사이의 대전만약 음으로 대전된 고무막대를 절연되어 전하가 외부로 빠져나갈 수 없는 전기적으로 중성의 금속구에 접촉시킨다면, 고무막대에 대전된 전자들의 일부는 금속구로 이동한다. 그 상태에서 고무막대를 멀리 한다면 금속구는 음전하로 대전되며, 과잉의 음전하인 전자들은 구의 표면에 균일하게 분포하게 된다. 이와 같이 대전된 물체와 대전되지 않은 물체가 접촉을 하는 과정에서는 과잉 전하의 이동으로 인하여 두 물체는 동일한 부호의 전하를 갖게 된다.②유도에 의한 대전중성인 두 금속구를 접촉시키거나, 중성인 한 금속구를 접지시킨 상태에서 대전된 물체를 금속구에 가까이 가져가면(닿으면 안 된다.), 접촉시킨 두 금속구의 경우 대전된 물체와 가까운 쪽 구에서는 대전된 물체와 반대의 전하로, 먼 쪽 구에서는 대전된 물체와 같은 전하로 대전된다. 또한 접지시킨 한 금속구의 경우 대전된 물체와 반대의 전하로 대전된다.3. 실험 기기에 대한 이해⑴전위계직접 전위차를 재거나 Paraday Ice Pail과 테스트 봉을 이용하여 대전된 물체의 전하 밀도를 측정하는데 사용된다.빨간색 집게쪽은 (+)극, 검정색 집게쪽은 (-)극으로 두 집게 사이의 전위차를 측정하며, Ice Pail에 집게가 어떻게 연결되었느냐에 따라 전위의 (+),(-)가 바뀔 수 있다.⑵고 전압 직류 전원장치선택된 전압을 두 물체 사이에 걸어주는 장치.4. 실험 결과⑴기본 실험물음1전하 주위에는 전기장이 생기는데 전기장이란 전하에 의해 힘(전기력)을 받는 Field를 말한다. 또한 힘을 받게 되면 힘을 받은 방향으로 이동한 거리에 따라 운동에너지가 생기게 된다. 중력장에서 어떤 물체가 낙하하면서 위치 에너지가 운동 에너지로 전환되는 것과 같이, 전기장 안에서 힘(전기력)을 받아 운동 에너지가 생겼다면 그것은 전기적 위치에너지가 전환된 형태라고 볼 수 있다.(전기장과 중력장에서 작용하는 힘인 전기력, 중력 모두 보존력이기 때문)위의 사실에서 전하 주위에는 전기적인 위치에너지 또한 존재한다고 할 수 있는데, 이러한 전기적인 위치에너지의 차이를 전압이라 한다.전하에 대하여 전위를 생각할 때에는 단위 양전하를 기준으로 하므로, 양전하와 가까울수록 전위가 높고, 음전하와 가까울수록 전하가 낮다.실험에서의 대전봉은 대전되어 있다. 이는 전하를 띠고 있다는 것인데, 그렇기 때문에 대전봉 주위에는 전기장이 생기고 따라서 위치에 따라 전위가 달라진다. 대전봉에서 Ice Pail의 두 원통 그물까지 거리가 다르므로 전위가 달라 그 사이에 전위차가 생긴다.물음2이 실험은 두개의 대전봉을 이용하여 전하량 보존법칙을 확인하기 위한 실험인데 우리 조에서는 대전봉의 면이 세가지 성질을 가지고 있는것에 착안하여 고등학교때 배웠던 대전열과 관련지어보기로 하였다.비닐&고무, 비닐&가죽,가죽&고무를 마찰시켜 어떻게 대전되는지 살펴보았는데, 전체적으로 4,6에서 전위계의 바늘이 가리키는 방향이 반대임을 통해서 대전된 두 물체가 갖는 전하의 부호는 각각 다르다는 것을 알 수 있었다.세부적으로는비닐과 고무를 마찰시켰을 때에는 비닐을 넣었을때의 바늘이 +쪽으로 돌아갔고비닐과 가죽을 마찰신켰을 때에도 비닐을 넣었을 때 바늘이 +쪽으로 돌아갔으며가죽과 고무를 마찰시켰을 때에는 고무를 넣었을 때 바늘이 +쪽으로 돌아갔다.=>비닐, 고무, 가죽 순서로 +쪽으로 돌아갔으며대전열을 살펴볼 때(+)가죽 고무 비닐(-)순이므로 실험의 결과와 맞다. 혹시 대전열이 반대로 나왔을 수도 있는데, 이것은 Ice Pail에 연결한 도선이 어떤 식으로 연결되어 있는가에 따라 뒤집힐수도 있다.물음34와 6에서 측정된 전위는 전하량 보존 법칙에 의해 같아야 하지만 우리의 실험 결과로는 같지 않았다.나중에 측정한 대전봉의 전위가 더 낮게 나온 것으로 보아 공기중에 방전되어 그런 것 같다.끝까지 해 보고 싶었지만, 물음 2에 대한 실험을 하면서 지나치게 많은 시간을 사용하였기에 어서 다음 실험을 먼저 진행 할 수 밖에 없었다.물음4물음 3에 대한 실험 후 방전이 되어 전위의 변화를 확인하기 힘들었기에 다시 대전봉을 마찰시키고 실험을 했다.최대한 빠르게 실험의 과정7을 수행 한 결과 전위계의 지시바늘이 0을 가리킴을 확인 할 수 있었다.이로써 두개의 대전봉에 의해 같은 전위가 발생하며 이로써 같은 전하를 띠고 있음을 알 수 있었다.물음5실험 매뉴얼에 쓰여있는대로 방전이 적은 고무면을 실험에 사용하였다.대전구에 대전봉을 대기 전에는 대전봉에 의해 -전위가 발생하였는데 접촉 후 대전구에 의해서는 +전위가 발생하였다.이론적으로 생각하면 대전구와 대전봉의 전하가 같게 대전되어야 하기에 접촉 후의 대전봉에 의해 발생하는 전위도 다시 측정해 보았다.그 결과 대전봉에 의해서도 +전위가 발생하였다.우리는 그 이유를 대전구가 완전하게 전기적 중성을 띠지 못한 상태에서 대전봉을 대어 대전구와 대전봉 모두 그 전 각 물체가띠고 있던 전하의 평균 전하를 띠게 되었다고 추측하였다.물음6고무장갑으로 문질러 대전시킨 유리막대에 의해 +의 전위가 확인되었으며 가까운 쪽에 있던 금속구에서는 -의 전위가, 멀리 있던 금속구에서는 +의 전위가 확인됨을 통하여 실험 예비보고서의 자료 내용에 부합함을 확인할 수 있었다.물음7과정 5,8,9의 관측 결과로부터 대전된 절연체에 가까이 있는 도체는 절연체와 다른 전하 부호로 대전되고 멀리 있는 같은 전하로 대전됨을 알 수 있었다.물음8고무장갑으로 문지른 유리막대는 전위계의 바늘이 +쪽으로 움직였다.접지시켰던 금속구에 유리 막대를 가까이 대어 금속구를 접지시킨 다음 손가락을 떼고 금속구를 Ice Pail에 가까이 가져갔을 때 바늘은 -쪽으로 움직였다.가까이에 +전하를 띤(이라고 하자)물체가 가까이 왔을때 전체적으로 중성을 유지하기 위해 금속구를 -전하를 띠도록 만드는데 다시 +전하를 띤 물체를 치우면 -전하를 상쇄시킬만한 것이 없기 때문에 금속구가 -전하를 띠게 된다.

공학/기술| 2007.10.24| 6페이지| 1,000원| 조회(3,116)

물질, 실험, 정전기, 전하, 양성자

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