[물리학실험][실험레포트] 관성모멘트

목차

1. 실험 목적

2. 실험 이론

3. 실험 기구

4. 실험 방법

5. 실험 결과

6. 분석 및 토의

7. 참고 문헌

본문내용

수 있다.
⑤ 전체 관성 모멘트에서 사각 질량의 관성 모멘트를 구하기 위해 ④의 결과에서 실험 A의 회전축의 관성모멘트와 실험 B의 회전막대의 관성모멘트를 모두 빼준다.
D. 회전판(Rotational disk)의 관성 모멘트
①실험 A의 장치에다 회전판을 아래의 그림과 같이 고정시킨 후 앞의 과정을 반복한다.
②실험 A의 장치에다 회전판을 아래의 그림과 같이 고정시킨 후 과정을 반복한다.
* 실험시 주의 사항
1. 실험 C의 결과는 사각질량의 위치의 변화에 따른 관성모멘트의 변화를 그래프를 그려서 비교해봐야 한다.
2. 시간을 정확하게 측정하는 것이 중요하므로 두 사람이 동시에 시간을 측정하여 평균값을 표에 적도록 한다.
3. 회전 막대에서 도르레까지의 실을 되도록 수평이 되게 한다.
5. 실험결과
<관성모멘트>
* 낙하하는 물체가 떨어진 거리
* 물체가 낙하하는데 걸린 시간
* 낙하하는 물체의 가속도
* 낙하하는 물체의 질량 즉, 추와 추걸이의 질량
* 회전축의 반지름, 토크를 받게 되는 회전막대의 반지름
* 관성모멘트
A. 회전축의 관성모멘트 측정
1
2
3
평균
0.89
0.82
0.88
0.863
50(cm)
1.343
25g
8.295(mm)
1.071×10-5
회전축의 관성 모멘트 1.083×10-5
B. 회전 막대의 관성 모멘트 측정
1
2
3
평균
12.72
12.82
12.57
12.703
50(cm)
6.197×10-3
105g
8.295(mm)
0.0101
전체 관성 모멘트 0.0101
회전 막대의 관성 모멘트 0.0101-0.0001083 = 0.009997
이론값 I = 0.01195
오차율 : 16.343
C. 사각 질량의 관성 모멘트 측정
① 중심에 위치시켰을 때
1
2
3
평균
13.17
13.24
13.44
13.28
50(cm)
0.006308
105g
8.295(mm)
0.0125
전체 관성 모멘트 0.0125
원점에 있는 사각질량의 관성 모멘트 0.00239
이론값 = 0.0000907
오차율 : 2535
② 중심으로부터 10 cm 떨어져 있을 때
1
2
3
평균
14.24
14.28
14.41
14.31
50(cm)
0.004882
105g
8.295(mm)
0.0145
전체 관성 모멘트 0.0145
중심으로부터 10 cm떨어져 있는 사각질량의 관성 모멘트 0.00439
이론값 I = 0.00278
오차율 : 57.9
③ 중심으로부터 20 cm 떨어져 있을 때
1
2
3
평균
17.38
16.83
17.21
17.14
50(cm)
0.003403
105g
8.295(mm)
0.0202
전체 관성 모멘트 0.0202
중심으로부터 20 cm떨어져 있는 사각질량의 관성 모멘트 0.0101
이론값 : 0.01112
오차율 : 9.10
D. 회전 원판의 관성 모멘트
①눕혀서 회전 시켰을 때
1
2
3
평균
11.27
11.16
10.99
11.14
50(cm)
0.0081
105g
8.295(mm)
0.00878
전체 관성 모멘트 0.00878
누워있는 원판의 관성 모멘트 0.00877
이론값 I = 0.00972
오차율 : 9.77
②세워서 회전 시켰을 때
1
2
3
평균
7.63
8.28
8.19
8.03
50(cm)
0.0156
105(g)
8.295(mm)
0.00456
전체 관성 모멘트 0.00456
세워져 원판의 관성 모멘트 0.00455
이론값 I = 0.004722
오차율 : 3.647
6. 분석 및 토의
이번 실험은, 아직 배우지 못한 이론을 실험을 통해서 알아보는 실험이기 때문에, 실험 과정도 어려웠지만, 결과값을 정리하는 과정에서 고난을 겪었다.
실험A는 회전축의 관성모멘트를 구하여, 앞으로의 실험에서 회전체만의 관성모멘트를 구하는데 이용하였고, 실험B는 균일한 막대의 관성모멘트를, 실험C는 축을 중심으로 회전하는 물체의 관성모멘트를, 실험D는 원판이 질량중심을 기준으로 돌때와, 지름을 기준으로 회전할때의 관성모멘트 차이에 대한 실험을 각각 수행 하였다.
1. 관성모멘트의 측정값과 이론값을 비교하라.
이론값과 오차율의 값은 모두 실혐 결과 표에 같이 나타내었다.
실험 C의, 상자를 추가한 실험을 제외하고는 모두 이론값이 오차값 보다 크게 나왔는데, 이것은 지구상에서 실험하면서 발생하는 어쩔수 없는 오차원인들이 존재하기 때문이다.
① 회전체가 회전하면서 생기는 공기와의 마찰과,
② 회전체와 연결된 회전축과 베어링 사이의 마찰로 인해서 에너지 손실이 발생하고,
③ 추가 내려가면서 생기는 도르레와의 마찰
과 같은 것이 그러한 것들이고,
이외에 사람의 실수로 생긴 오차에는
① 회전체를 손으로 잡고 있다가 놓으면서 밀게 되어, 처음에 초속도가 0이 아닌 상태로
추가 낙하를 시작하거나
② 이 실험은 포토게이트를 사용하지 않고, 사람이 구간 시간을 측정하였기 때문에 시작과
끝의 시간 측정을 잘못했기 때문에,
등과 같은 많은 이유가 존재한다.
다른 실험은 실험값을 분석해본 결과, 오차율이 그렇게 높지 않게 나왔고, 실험 C만 특별히 크게 나온 것으로보아, 실험 C는 실험을 실패하였다는 것을 알수 있었고, 이는 측정할 때, 추를 낙하시킬 때, 초시계를 누르고 난뒤, 어느 정도 시간이 지난다음에 추를 낙하시켰을 가능성이 가장 크다.
2. 매달린 추의 질량이 증가함에 따라 관성모멘트의 값은 어떻게 달라지는가?
- 관성모멘트는 회전하는 물체가 회전을 지속하려는 성질의 크기를 나타낸 값이므로, 추의
질량이 커져 회전하는 속도가 빨라져도, 회전체는 변하지 않았으므로, 관성모멘트의 값은
변하지 않는다.
3. 원판의 면적이 감소함에 따라 관성모멘트는 어떻게 달라지는가? 또 그런 이유는 무엇이라고 생각하는가?
- 실험 D의 이론값을 구하는 공식을 살펴보면, 으로, 질량과 반지름의 제곱의 곱에 비례하는 값이므로, 원판의 면적이 감소하면, 반지름도 작아지고, 원판의 질량도 작아지
므로, 관성모멘트의 값은 점점 같이 작아지게 된다.
7. 참고문헌
http://cafe.naver.com/skyscience1.cafe?iframe_url=/ArticleRead.nhn%3Farticleid=114
일반물리학 - 형설출판사/이영재외 9명

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