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관성 모멘트 실험 과정 및 결과

REPORT실험제목 : 관성모멘트이론 및 실험내용이 실험의 목적은 축, 막대, 질점 등의 회전에 의한 관성모멘트를 측정하여 관성 모멘트의 개념을 이해하는 것이다.관성모멘트는 회전하는 물체의 질량이 회전축에 대해서 어떻게 분포하고 있는지 말해주는 양이다.①회전축 관성모멘트 실험.오른쪽 그림과 같이 설치 후 낙하거리h와 낙하시간 t를 측정하면에 의해 a를 측정할 수 있다.②회전막대 관성모멘트 실험.첫 번째 실험과 같은 방법으로 하지만, 관성모멘트는 각 질점의 관성모멘트 값이 더해지므로 회전축 관성모멘트의 값을 뺀다.③질점의 관성모멘트 실험.각 질점인 사각질량을 회전막대위에 놓게 된다. 이때 중심으로부터 10cm, 20cm위치에 놓고 측정하게 된다. 이때 역시 회전축 관성모멘트의 값과, 회전막대 관성모멘트의 값을 빼주어야 한다.④회전판의 관성모멘트 실험.회전판의 경우는 회전판을 눕혔을때, 그리고 회전판을 세워서 측정한다.관성모멘트를 실험적으로 측정하기 위해서는 물체에 작용한 토크 t와 각가속도 ?를 측정하면- ⒜여기서 각가속도이고, 토크의 정의로부터- ⒝로 쓸 수 있다.뉴턴 제2법칙이므로 장력 T에 대해서 정리하면- ⒞로 쓸 수 있다.⒜,⒝,⒞식을 이용하면가 되고 이 식을 이용하여 관성모멘트를 구할 수 있다.실험 데이터A.회전축의 관성모멘트측정횟수낙하거리낙하시간반지름가속도관성모멘트10.6830.910.0251.6500.00009220.6830.980.0251.4220.00007730.6830.930.0251.5790.000081평균0.6830.940.0251.5500.000083B.회전막대의 관성모멘트측정횟수낙하거리낙하시간반지름질량가속도전체관성모멘트10.716.840.2540.5830.03012.77520.6836.550.2540.5830.03211.97430.6836.720.2540.5830.03012.775평균0.6926.700.2540.5830.03112.508회전막대의 관성모멘트=-=C.사각질량의 관성모멘트측정 (중심으로부터 10cm떨어져 있을 때)횟수낙하거리낙하시간반지름질량가속도전체관성모멘트10.6837.620.10.2760.02403.60120.6837.960.10.2760.02203.92930.6837.910.10.2760.02203.929평균0.6837830.10.2760.02273.820사각질량의 관성모멘트(10cm)=--=D.사각질량의 관성모멘트측정 (중심으로부터 20cm떨어져 있을 때)횟수낙하거리낙하시간반지름질량가속도전체관성모멘트10.68310.450.20.2760.01326.62120.68310.750.20.2760.01228.84230.68310.200.20.2760.01326.621평균0.68310.470.20.2760.01327.316사각질량의 관성모멘트(20cm)=--=E.회전원판의 관성모멘트측정 (눕혀서 회전시켰을 때)횟수낙하거리낙하시간반지름질량가속도전체관성모멘트10.6836.290.1151.4560.0375.16820.6835.960.1151.4560.0385.03230.6836.160.1151.4560.0365.312평균0.6836.140.1151.4560.0375.171F.회전원판의 관성모멘트측정 (세워서 회전시켰을 때)횟수낙하거리낙하시간반지름질량가속도전체관성모멘트10.6834.520.1151.4560.0672.84520.6834.670.1151.4560.0633.04730.6834.650.1151.4560.0633.047평균0.6834.610.1151.4560.0642.980결과 분석 및 고찰이 실험의 목적은 축, 막대, 질점 등의 회전에 의한 관성모멘트를 측정하여 관성 모멘트의 개념을 이해하는 것이다. 이번 실험을 통해 관성모멘트의 이론적인 내용을 몸으로 느낄 수 있어서 뜻 깊은 시간이었다. 관성모멘트가 클수록 속도는 작아지며 관성모멘트가 작을수록 회전속도는 커지게 된다. 즉 회전축의 길이가 클수록 그 만큼 회전 관성이 커지게 되어 회전 속도는 줄어든다는 것을 알 수 있었다. 또한 회전축의 무게가 클수록 관성모멘트가 커짐을 알았다.관성모멘트가 크다는 말은 관성에 의하여 회전하는 물체를 세우기 더욱 힘들다는 것을 알 수 있었고 실제 회전축에서 돌아가는 물건들은 관성력이 큰 실험일 경우 정지시킬 때 더 큰 힘을 요했다. 하지만 이번 실험은 여러 시험도구를 썼다는 점에서 오차발생 원인역시 다분했다. 다음과 같이 원인을 분석해보았다.☞ 낙하시간의 정확도 - 공통적으로 가장 힘들었던 부분은 낙하시간을 정확히 제는 것이었다. 기계를 이용하여 시간을 측정하지 않고 초시계를 들고 사람이 측정하다보니까 우리들이 재면서도 나온 t값에 큰 믿음이 가지 않았다. 특히 낙하 시작할 때 보다 낙하 끝날 때를 맞추기가 너무 힘들었다. 게다가 계산식에서 t의 제곱 값이 들어가서 오차 값은 어둑 커졌으리라 생각된다.☞ 회전축 자체에서의 마찰 - 회전축 자체에서 어느 정도의 마찰이 있었으리라 생각된다. 따라서 관성모멘트가 100%발휘 되지 못했으리라 짐작된다.☞ 회전축과 실의 마찰 - 실이 풀리면서 회전축에 파인 홈에 살짝 걸리는 느낌을 받았다. 물론 이를 방지하기 위해 다시 감을 때 아래쪽으로 고르게 감기위해 노력을 많이 했으나 역부족이었다. 어느 정도는 감수해야했다. 그리고 회전축 안에서 실들이 얽혀 있어서 풀리면서 실끼리 마찰역시 존재했던 것 같다.

자연과학| 2006.09.28| 4페이지| 1,000원| 조회(1,336)

관성모멘트, 회전, 실험, 모멘트, 관성

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