에어트랙예비보고서

목차

1. 실험 제목

2. 실험 일자

3. 실험 목적

4. 실험 장비

5. 실험 이론

6. 실험 방법

7. 예비 고찰

본문내용

한 시간을 측정하여 속도를 계 산한다.
(6) 활차의 속도를 변화시키면서 여러 번 실험을 반복한다.
(7) 실험의 의미를 생각하고 논의한다.
2) 평균 속도 측정
(1) 미끄럼판을 와 같이 경사를 이루도록 한다.
(2) 광감지기(Photogate)는 Counter/Timer 뒷면에 『A』에 연결한다. Counter/Timer를 아래와 같이 조작하고 『RESET』를 누른다.
MODE switch
MEMORY>
INPUT HOLD
TIMER MODE
TIMER
OFF
OFF
GATE
(3) 활차에 알루미늄판(Al Board)를 부착하고 광감지기(Photogate)를 통과한 시간을 측정 하여 속도를 계산한다.
(4) 광감지기의 위치를 10cm 간격으로 변화시키면서 실험을 반복한다.
(5) 알루미늄판(Al Board)을 250mm, 200mm, 150mm, 100mm, 50mm, 10mm에 대해서
(ⅲ), (ⅳ)의 과정을 반복한다.
(6) 경사면에서의 위치와 속도에 대한 그래프를 각각의 Al Board 길이 별로 작성한다.
(7) L, H를 측정하여 θ를 구하여 경사면에서의 활차 속도(공기저항,미끄럼판에 의한 마찰 이 없다고 가정, 초속도 v0=0 ) 의 관계식을 유도하고 실험치와 비교하여라(v=속도 x=위치)
3) 등가속도 직선 운동

(1) 미끄럼판을 완전한 수평이 되도록 한다.
(2) m2가 m1보다 조금 작도록 하고 광감지기(Photogate)는 과 같이 장치하고, 광감지기(Photogate) 『A』와 『B』사이의 거리(X)를 측정한다.
(3) Counter/Timer를 실험 5-1과 같이 조작하고 활차가 광감지기(Photogate) 『A』와 『B 』를 통과하는 시간을 각각 측정한다.
(4) 위 실험을 5회 반복하고 속도 vx0, vx를 계산한다.
(5) 가속도 ax를 구하고, Newton's second law에 의한 이론적인 값을 구하여 비교한다.
4) 완전 비탄성 충돌
(1) 에어트랙을 그림과 같이 수평으로 설치한다.
(2) 트랙의 한쪽 끝에 질량의 활차의 출발점을 설정한다.
(3)과, 그리고과를 그림과 같이 적당한 간격으로 설정하고 과에 한 쌍 의 포토게이트 계시기와 부속 포토게이트를, 그리고과에 또 한 쌍의 포토게이트 계시기와 부속 포토게이트를 놓는다. 이때와의 위치를 최대한으로 밀착시켜 본 실험에서 생길 수 있는 불필요한 간격으로 인한 오차의 소지를 최소화하도록 한다. 각 포토게이트의 위치 과, 그리고과를 읽어서 기록해 둔다.과 이 나중에 각각 충돌 전과 후의 활차의 속도 계산에서 그 이동거리로 처 리된다.
(4) 두 활차의 질량과를 각각 확인하여 기록한 다음, 질량인 활차를 앞에서 정한 출발 위치에 올려놓고, 이 질량인 활차의 끝이를 통과할 때 질량인 활차와 충돌할 수 있도록 질량인 활차를 위치에 올려 놓는다. 질량인 활차 에는 뾰족한 침이 있고 질량인 활차에는 고무가 있는 액세서리가 부착돼 있어서 충 돌 후 두 활차가 붙어서 함께 운동하게 되어있다.
(5) 양쪽 포토게이트 계시기의 스위치를 PULSE MODE에 놓는다. 충돌 전의 운동 시간은 의 포토계시기가, 충돌 후의 운동 시간은의 포토계시기가 측정하게 된다.
(6) 양쪽 포토게이트 계시기의 RESET 버튼을 누른다.
(7)의 위치에서 질량인 활차를 잡고 있다가 살며시 밀어서 출발시킨다.
(8) 질량인 활차가 앞에 있는 한 쌍의 포토게이트를 지나가는데 걸리는 시간와 충 돌 후에 붙어서 움직이는 두 활차가 뒤에 있는 한 쌍의 포토게이트를 지나가는데 걸리는 시간 을 각각의 계시기에서 읽어서 기록한다.
(9) 위의 과정 4) ― 8)을 5회 반복하여,의 평균값과의 평균값을 구한다.
(10) 위의와및 이에 대응하는 이동거리과을 이용하 여 충돌 전의 질량인 활차의 속도와 충돌 후에 붙어서 움직이는 두 활 차의 속도 을 구하고, 운동량 보존 법칙의 관계식 (6)이 지켜지는지를 확인한다.
(11) 거리와을 각각 10cm 정도씩 줄이면서 과정 3) ― 10)을 반복하고, 역시 운동 량 보존 법칙이 만족되는가를 확인한다.
7. 예비 고찰
이번 실험은 물리학의 기본적인 법칙인 뉴턴의 법칙을 비롯한 관련 법칙에 대해서 에어 트랙으로 알아보는 실험이다. 즉 공기가 공급되지 않은 미끄럼판 위에 한 물체를 밀었다 놓으면 점점 속력이 줄어 멈추게 됨을 짐작할 수 있다. 실제로 우리 생활에서 이런 관찰은 외력이 제거되면 운동이 멈춘다는 생각을 뒷받침한다. 이것은 갈릴레오 이전의 사고였다. 그러나 갈릴레요는 반론을 제시하였는데 즉, 더 미끄러운 미끄럼판과 활차를 사용하면 앞서 한 것 보다 천천히 속력이 감소할 것이며, 더욱 더 마찰을 줄이면 좀 더 먼 거리를 움직일 것이고, 결국 마찰이 전혀 없다면 무한히 일정한 속력으로 움직이게 될 것이라 추측한것이다. 물론, 이 원리를 Newton은 그의 3개의 운동법칙중 제1법칙으로 택했다. 따라서, 이번 실험에서는 마찰을 없애도록 미끄럼판에 공기를 균일하게 공급하여 활차와 미끄럼판의 마찰을 최대한 줄이도록 에어트랙을 이용해서 실험 하는 것 같고 에어트랙을 통과할 때 두 광감지기(Photogate)를 통과한 활차의 속력을 비교함으로써, 이 운동을 분석할 수 있다.
에이트랙 실험은 1학년때 대학 물리학 실험에서 한번 했던거라 비교적 수월할 것이라 생각한다.
(주의할점)
1. 공기 압축기로 공기를 주입시 너무 약하게 할 경우 활차에 마찰이 생기므로 주의한다.
2. 포토게이트 사용시 버튼을 세게 누르면 고정된 위치가 이동하므로 주의한다.
3. 추를 달아 실험하는 뉴턴의 제2법칙 실험의 경우 활차가 튕겨나가지 않도록 주의한다.
4. 완전 비탄성 충돌 실험의 경우 질량인 활차와 질량인 활차가 충돌 후 서로 떨어 지지 않도록 위치를 잘 조절한다.
8. 참고 문헌
http://www-ph.postech.ac.kr/Edulab/gen-phy/exp5/EXP5.html
http://physlab.inha.ac.kr/content/물리학실험/2002년/1학기/5_Airtrack.pdf
대학 물리학 실험 인하대학교 출판부 김기식 외 16저

키워드

에어트랙,   air track,   관성,   운동량보존법칙