2010. 1학기 경북대학교 IT대학 - 기초전자물리학실험1 실험 예비보고서

목차

1. 실험 목표
2. 실험 배경 요약(교재와 참고문헌 활용)
3. 실험 장비 및 재료
4. 실험 과정 및 실험 구성도 요약
5. 실험 및 결과 분석, 검토, 결론.
6. 실험 목표에 대한 자기평가

본문내용

때 역학차1을 왼쪽 구석에서 +x방향으로 출발시켜서 트랙의 가운데에서 역학차2와 충돌하게 한다. 그러면 두 역학차의 시간별 위치 및 속도에 대한 측정 데이터와 그래프를 얻을 수 있다.
<주의> 변위센서1과 변위센서 2가 서로 간섭이 안 일어나게 잘 설치해야 한다. 그 하 방법으로 해당 역학차의 전면에 카드 반사판을 부착하고 측정한다.
측정 결과 2개의 역학차의 충돌 직전의 속도와 직후의 속도를 각각 구한다. 이 때 운동량의 관계식 로부터 구한다.
<주의>변위센서2는 -x방향으로 보고 있으므로 이 센서 측정 결과의 속도 크기는 부호를 바꾸고 해석해야 한다. 즉 =-,센서 로 본환하여 분석해야 한다.
3)위의 실험들을 통해 운동량 보존법칙이 성립함을 확인한다.
4)위에서 구한 운동체의 질량과 속도로부터 2개의 운동체의 충돌 직전 운동에너지(K, K), 총에너지(K = K + K)와 충돌 직후의 운동에너지(K K), 총에너지(K = K + K)를 각각 구한다. 이 결과로부터 충돌 직전과 직후 에너지가 보존되는지, 에너지 보존입장에서 상대오차가 얼마나 생기는지, 차이가 난다면 그 원인이 무엇인지 생각해본다.
5) 실험과정 1)~4)에서 구한 실험결과에서 역학차1만의 충돌 시 발생한 충격량의 크기를 구한다.
6)(1차원 완전 비탄성충돌 실험) 그림 5.1의 실험 구성도에서 충돌할 면에 벨크로짝을 장착한 역학차 2대를 준비한다. 2개의 역학차의 질량을 다시 측정하고 기록한 후 이 값을 운동량 및 운동에너지 계산 시 사용한다. 실험과정 1)~ 5)를 반복하여 완정 비탄성 충돌 경우의 운동량 보존법칙과 에너지 보존법칙을 확인한다. 또 역학차 1만의 충격량 크기를 구한다.
7)앞의 실험 및 분석결과 탄성 충돌 경우와 완전 비탄성 충돌 경우에 대하여 운동량 보존, 에너지보존, 역학차1의 충격량 크기 차이를 두 경우에 대하여 서로 비교한다.
실험 5.B 저항력 : 자유낙하 물체의 공기저항에 의한 종단속력
1) 그림 5.2의 종이필터 낙하 운동의 종단속력 측정 실험 구성도를 구성한다.
종이필터를 자유낙하 시키면서 고속 연속 비디오 촬영으로 시간별 종이필터의 위치를 파악하고 속력을 구한다. (이 때 종이필터의 방향은 벌어진 쪽이 위로 향하게 하고 필터의 개수를 바꾸어 가면서 측정한다. 낙하높이는 최소 2m 넘게 하고 필터를 꼭 위쪽에서 잡고 부드럽게 낙하시킨다.)
필터가 낙하하는 근처에 1m 자를 미리 배치하고 촬영하여 나중 분석 시 기준거리를 얻도록 한다. 고속 촬영 시 빠른 자유낙하 물체의 선명한 상 취득을 위하여 매우 밝은 조명을 사용한다.
2)위에서 촬영한 비디오를 Logger Pro 3의 ‘비디오 분석법’으로 분석한다.
<주의> 미리 원점 설정 및 거리 눈금 삽입을 필터의 운동 직전의 해당 프레임에 해둔다.
3) 앞에서 얻어진 데이터와 그래프에서 속력이 더 이상 늘어나지 않을 때의 속력 즉 종단속력 를 필터의 개수의 각 경우에 대하여 구하여 기록한다.
4)실험과정 3)에서 얻은 데이터를 분석하여 종단속력 대 필터의 개수 N의 관계를 구한다. Logger Pro 3에서 “Data set"에서 x에 N[개], y에 VT[m/s]를 입력해 관계식을 구한다. 종단속력이 필터 개수에 비례하는지 확인하고 비례하지 않으면 ”Power" 함수로 다시 fittting 하여 square root 관계가 있는지 확인한다. 즉 추출된 파라미터에서 지수 B가 “+1/2” 이면 이에 해당한다.
5) 실험과정 4)에서 구한 파라미터 A 값으로부터 빠른 속력에서의 종단속력 관계식을 이용하여 종이필터의 끌림계수 D를 구한다. 종이필터의 질량 m을 저울로 측정하여 종단속력 관계식 계산시 활용하는 것이 좋다.
5. 실험 및 결과 분석, 검토, 결론.
실험 5.A 물체의 충돌 : 운동량, 운동량 보존법칙 및 에너지 보존법칙
실험 5.A1 <완전 탄성 충돌실험>
물체의 충돌에서 운동량, 운동량 보존법칙 및 에너지 보존법칙이 성립함이 그래프를 통해 확인되었다. 다만 오차가 생겼는데 열에너지나 소리에너지 등 기타에너지로 전환된 일부 에너지, 그리고 공기의 저항과 수레의 마찰, 자석을 통한 에너지의 전달에서 생기는 것 등 여러 관련된 오차가 조금씩 생긴 것 같다. 이 오차들을 줄이려면 진공상태나 무중력상태를 생각할 수 있는데 사실상 힘들어 다른 방안을 강구해 봐야 될듯하다. 에어트랙을 쓰면 조금 더 나을 것 같다.(실험 시 일반 트랙 사용)
실험 5.A2 <완전 비탄성 충돌 실험>
물체의 충돌에서 운동량, 운동량 보존법칙 및 에너지 보존법칙이 성립함이 그래프를 통해 확인되었다. 다만 오차가 생겼는데 열에너지나 소리에너지 등 기타에너지로 전환된 일부 에너지, 그리고 공기의 저항과 수레의 마찰, 자석을 통한 에너지의 전달에서 생기는 것 등 여러 관련된 오차가 조금씩 생긴 것 같다. 이 오차들을 줄이려면 진공상태나 무중력상태를 생각할 수 있는데 사실상 힘들어 다른 방안을 강구해 봐야 될듯하다. 에어트랙을 쓰면 조금 더 나을 것 같다.(실험 시 일반 트랙 사용) 또한 부딪치는 부분에 탄성이 있는 고무같은 것을 부착해도 오차가 많이 줄어 들 것 같다.
실험 5.B 저항력실험
그래프 상으로는 AUTOSCALE 한 크기이기 때문에 정확하게 분별하기 힘들다. 그래서 수치로 비교 해봐야한다.
종단속력이 필터 개수와 square root 관계가 있음을 그래프를 통해 알 수 있다.
자유낙하 물체의 공기저항에 의한 종단속력에 대해 알 수 있는 계기가 되었다. 특히 공기의 저항 때문에 필터의 개수가 많아질수록 물체가 빨리 종단속력에 도달한 것으로 보이는데 바람이 불지 않는 곳에서 부드럽게 떨어뜨려야 그나마 오차가 줄어들 것 같다. 물리식에서 보이던 관계가 실험에서도 나타나서 무척 신기했다.
6. 실험 목표에 대한 자기평가
선운동량의 정의와 SI단위계 및 보존법칙을 설명할 수 있게 되었고 물체의 충돌 시의 선운동량 보존법칙과 역학적 에너지 보존법칙을 실험으로 보여 줄 수 있게 되었다. 또 공기점성에 의한 저항력을 설명할 수 있으며 자유낙하 물체의 공기저항에 의한 종단속력 및 종단속력의 무게의존성을 측정할 수 있게 되어 무척 보람된 실험이었다.

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5장 기물 기초전자물리학실험1 A+ 결과보고서,   기초전자물리학실험,   예비보고서