[물리실험] MBB(Mechanical black box) 실험 예비+결과레포트

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[물리실험] MBB(Mechanical black box) 실험 예비+결과레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목표

2. 실험 이론

3. 실험 방법 및 원리

4. 실험 Data

5. 실험 결과

6. 오차의 원인

7. 고찰

8. 참고문헌

본문내용

6
0.238568588
0.05691497
49
99.2
0.241935484
0.05853278
50
97.2
0.24691358
0.06096632
51
95.2
0.25210084
0.06355483
52
93.5
0.256684492
0.06588693
53
92.8
0.25862069
0.06688466
54
93.2
0.25751073
0.06631178
55
91.2
0.263157895
0.06925208
56
89.8
0.267260579
0.07142822
57
89.2
0.269058296
0.07239237
58
88.6
0.270880361
0.07337617
59
87.4
0.274599542
0.07540491
60
85.4
0.281030445
0.07897811
h<15인 부분이 slow rotation region이고
h>40인 부분이 fast rotation region이다.
그러므로 각각 추세선을 그려보면
①slow ration region
C=2.9574
②fast rotation region
A=5.9696
B=0.13555
C=2.9574
A-C는 3.0122
에 대입하면
3.0122*6.0325125/(0.034596-l^2)
앞에서 구한 =142gcm
= 에서
이므로 식을 m 에 관해 다시 쓸 수 있다.
-=0
0.034596-3.01226.032512510^-4m-=0
근의 공식을 이용하면
=0.053600kg
C.용수철 상수 구하기
*10번 주기를 측정하여 평균값을 이용하여 계산
(ms)
(ms)
1회
1084.8
1025.4
2회
1085.3
1025.8
3회
1084.7
1024.0
4회
1084.5
1022.1
5회
1085.8
1026.5
6회
1086.6
1025.8
7회
1085.7
1028.8
8회
1086.2
1024.4
9회
1085.6
1027.7
10회
1085.7
1019.1
평균
1,085.49
1,024.96
==(6.2832/1.02496)-(6.2832/1.08549)
=4.0742
{0.142×9.8×0.404}/2=0.2811032㎏
={(6.2832/1.02496)+(6.2832/1.08549)}×(0.142×0.01×9.8) =0.989209
=(6.2832/1.02496)(6.2832/1.08549)×0.142×0.01
=1.787913
4.0742*0.2811032+9.8m+0.989209=1.787913*(0.404+2)2
=0.103031787m
==5.0982324
MBB가 수평상태로 평형상태에 있을 때
병렬연결에서의 용수철 상수는 이므로
위에서 구한 값을 식에 대입해보면
=0.5712164
그러므로 각각의 스프링 상수를 구해보면
=2.91
=2.19
5.실험 결과
아래 값은 이번 실험의 목표인 공의 질량 값과 과 두 스프링 상수 , 값이다.
(유효숫자 세 개로 통일)
=0.0536kg
=2.92
=2.19
6.오차의 원인
정확한 결과값을 알 수 없으므로 내가 실험을 통해서 도출한 값이 정확한 값인지 확인할 수 없었다. 하지만 실험 도중 여러 군데에서 오차가 발생할 것 이라는 것을 알 수 있었다.
①처음에 의 값을 구할 때 실을 이용해서 center of mass를 구했다. 그런데 이 방법은 실험자의 판단에 절대적으로 의존하는 것이라서 오차가 많이 발생했을 것이라고 예상된다. 실의 기저가 매우 작으므로 오차가 커질 것이다. 그러므로 다른 방법을 생각해 보았는데 자를 세워놓고 MBB를 천천히 이동시키면서 평형 지점을 찾아서 그에 따른 center of mass를 구하는 것이다.
②빠른구간에서 MBB의 회전속도가 빨라 용수철이 끝까지 압축 된다고 해도 용수철의 압축된 길이를 무시할 수 없다. 압축된 길이는 회전하는 공의 관성 모멘트계산과 이를 사용한 이후 계산에 차이를 준다.
③ cylinder 안에 있는 공의 반지름은 11mm이다. 공이 들어있는 통의 반지름 보다는 작지만 공이 계속 스치면서 마찰력이 작용한다. 이 마찰력은 MBB의 재질에 의해 큰 영향을 받는다. 이 실험 장치가 미지의 계에서 물질량을 측정하는 것이므로 아마 마찰력이 적은 재료로 MBB의 내부를 설계했을 것이라는 생각은 들지만 그 크기가 어떻든 공이 벽과 마찰하면서 오차가 발생한 것은 확실하다. MBB내의 마찰계수가 주어졌다면 좀 더 정확한 결과값을 도출할 수 있다.
④도르래를 사용한 여타 많은 실험에서 실과 도르래 사이의 마찰은 거의 없다는 것으로 가정한다. 그런데 이번 실험을 하면서 도르래의 축이 눈에 보일 정도로 불규칙적으로 회전하여 다시 실험을 해야 할 때가 있었다. 몇 번 다시 실험을 통해 보정을 했지만 이 현상은 속도 값에 오차를 발생시킨다. 도르래가 제대로 돌아갈 수 있도록 윤활제를 발라주는 방법을 생각할 수 있다.
⑤값을 얻기 위한 가정에서부터 오차가 발생한 실험은 실험3번이었다. 단진동을 할 때 각도에 따라 공이 받는 구심력이 달라지므로 MBB 안에 공이 움직이게 된다. 그러므로 전체 MBB의 관성모멘트가 고정된 값이 아니게 된다. 이다. 이 때 인 관성모멘트가 바뀌게 됨으로써 주기가 변화하게 된다. 전체적으로 MBB 안의 공이 움직이므로 인해 단진동의 주기에 영향을 주게 된다.
와 같다는 가정에서 근사적으로 같기는 하지만 정확히 같지 않으므로 오차가 발생한다.
⑥여러번의 반복 실험을 통해 오차를 줄였으면 더욱 좋은 결과를 얻을 수 있었을 것이다.
7. 고찰
지금까지는 모두 주어진 매뉴얼대로 실험을 하고 내가 측정하는 data가 추후 보고서를 쓸 때 어떻게 이용될 것인지를 한 눈에 알 수 있었다. 그러나 이번 MBB실험은 지금까지와는 다르게 실험을 이해하기 위한 긴 과정이 필요했다. 2주 동안의 긴 실험과 사전 준비를 마치고 결과를 얻어내었는데 참값과 비교할 수 없어서 아쉬웠다.
8. 참고문헌
Hallyday, Resnick, and Walker (2008) Fundamentals of Physics 8th ed.,Wiley
http://www-ph.postech.ac.kr/Edulab/ (일반물리실험 홈페이지에서 MBB 관련자료)
http://www.naver.com(이론 참조)

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MBB,   Mechanical black box,   물리실험,   물리학,   물리레포트,   모멘트,   에너지보존,   평행축정리