기초전자물리학실험 회전운동

목차

각변위와 각속도
회전관성 또는 관성 모멘트
회전 운동에너지
각운동량
토크
각 운동량 보존 법칙
구심가속도
구심력
회전 운동의 특징

본문내용

ng을 한다. 2차원 수평위치 즉 x와 y위치 각각에 대하여 fitting을 한다. Fitting의 일치되는 정도(correlation, RMSE)로부터 바퀴 테의 x와 y 각각의 조화함수(harmonic function, sinusoidal function)가 됨을 확인한다. Fitting된 함수의 파라미터로부터 x와 y 각각에 대하여 진폭(A), 각주파수(B), 주파수, 주기를 구한다. 이렇게 구한 진폭 A는 바퀴의 반지름 r과 일치하는가?
5) 앞에서 측정한 바퀴테의 구심가속도 벡터량인 를 비디오와 동기를 시켜서 같은 시간의 가속도 와 벡터량인 각속도 를 구한다. 이 두 물리량의 관계로부터 측정된 결과의 일치하는 정도를 분석한다. 구심가속도 와 바퀴테의 질량m으로부터 구심력 을 구한다.
6) 바퀴의 대부분 질량이 바퀴테에 있다고 가정하고 바퀴 테 질량 m과 바퀴 반지금 r로부터 스칼라양인 관성모멘트 I를 구한다. 이 관성모멘트와 각속도로부터 벡터량인 각운동량 를 구한다.
7) 앞의 실험 결과로부터 회전체의 회전 운동에너지를 구한다.
실험6.B 회전 운동체의 토크 측정
1) 회전체에 토크를 주기 위해 오른쪽에 있는 1개의 바퀴살에 1.2kg 나무블록 추를 실로 매단다. 이 추의 중력에 의한 토크를 측정하기 위해서 왼쪽의 일직선상의 바퀴테의 끝에 타이랩을 잘 묶고 이곳에 힘 센서의 센싱 고리를 실로 연결한다. 그리고 힘 센서의 센싱고리를 위로 향하게 하고 힘 센서 본체를 스탠드에 고정한다. 추의 중력에 의한 토크 과 힘 센서에 미치는 장력에 의한 토크 가 서로 평형을 이루게 2개 힘 측정 연결이 수평을 잘 유지하게 한다. 힘 센서 고정위치 즉 힘 측정점 r0 값은 30cm로 고정한다. 추의 위치 즉 팔길이 r을 바꾸어 가면서 측정한다. 먼저 이 r값은 25cm로 한다.
2) 바퀴살에 추와 힘 센서를 원하는 위치에 각각 고정하고 수평이 잘 잡히게 한 상태에서 “Collect"→"Keep"버튼을 선택하고 거리 값에 추의 현재 위치 r값을 입력한다. 그러면 이 r 값에서의 측정된 힘의 데이터가 수집되어 표로 또 그래프에 1개 점으로 나타날 것이다.
추의 위치 즉 r값을 바꾸고 “Keep" 버튼을 선택하고 새로운 r 값을 입력한다. 이렇게 r 값을 계속 바꾸어 가면서 이런 입력과정을 모두 거친다. 측정이 완료되면 ”Stop"버튼을 선택하여 다음의 분석/측정을 대비한다.
3) 추의 중력에 의한 토크 과 힘센서에 미치는 실의 장력에 의한 토크 의 크기와 방향을 각각 구한다.
4) 과 의 사잇각 를 바꾸면서 사잇각 의존성에 대한 실험
사잇각 를 조정하기 위해 추를 매다는 바퀴살을 바꾼다. 사잇각 는 [rad]에서 시작하여 [rad}씩 줄여 가면서 실험과정 1)~2)를 반복한다. 측정된 토크 크기 가 sin에 비례하는지를 Logger Pro 3로 분석한다.
(3) 실험 장비 및 재료
회전 운동체, Labpro, 가속도 센서, 힘센서, 전자저울, 수준기, 나무블록, 각도기, 디지털카메라, 스탠드, 가위, PC, Logger Pro 1 copy 등

키워드

각변위,   각속도,   회전관성,   회전운동에너지,   토크,   각운동량,   구심가속도,   회전운동