일반물리학실험 결과레포트 - 관성모멘트 측정

소개글

일반물리학실험 결과레포트 - 관성모멘트 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험결과(데이터)
2. 결과분석
3. 고찰
4. 결론
5. 참고문헌, 감사의 말

본문내용

10.055
34.78
0.134
10.384
34.78
0.167
10.549
34.615
0.200
10.879
34.45
0.234
10.879
34.285
0.267
11.044
34.285
0.300
11.044
33.956
0.334
11.044
33.791
0.367
10.714
33.461
0.401
10.714
33.296
0.434
10.384
33.296
0.467
10.055
32.967
0.501
9.89
32.637
0.534
9.56
32.307
0.567
9.395
31.978
0.601
9.066
31.813
0.634
8.901
31.483
0.668
8.736
31.153
0.701
8.571
30.824
0.734
8.406
30.494
0.768
8.571
30.164
0.801
8.736
29.835
0.834
8.736
29.34
0.868
8.901
29.011
0.901
9.066
28.681
0.934
9.395
28.186
0.968
9.56
27.857
1.001
9.725
27.362
1.035
10.055
27.033
1.068
10.384
26.538
1.101
10.549
26.044
1.135
10.714
25.714
1.168
10.879
25.219
1.201
11.044
24.725
1.235
11.044
24.23
1.268
11.209
23.571
1.301
11.044
23.241
1.335
10.879
22.582
1.368
10.879
22.088
1.402
10.714
21.593
1.435
10.549
20.934
1.468
10.384
20.439
1.502
10.055
19.945
1.535
9.89
19.45
1.568
9.725
18.791
1.602
9.395
18.132
1.635
9.231
17.472
1.669
9.066
16.813
1.702
8.901
16.154
1.735
8.736
15.494
1.769
8.571
14.835
1.802
8.242
14.176
실험4 - 3회차
- 실험4 결과 및 분석 -
여기서 A : 추세선식의 2차항 계수*0.01, r : 회전축의 반경, L : 중심에서 질점까지 거리, m : 추의 질량, M : 질점의 질량 이다.
실험4에 적용되는 공식들.
거리(m)
낙하시간(s)
0.045
1.834
0.050
2.167
0.100
2.367
거리(m)
관성모멘트(kgm2)
이론값
평균제곱오차
상대오차
0.045
2.202
0.050
1.838
0.100
0.6226
평균
1.5542
각 회차별로 도출된 데이터를 분석해보니 평균 155.42%의 큰 오차율을 보이고 있다.
실험4 - 1회차(T-Y그래프)
실험4 - 2회차(T-Y그래프)
실험4 - 3회차(T-Y그래프)
그래프에서 y축의 변화량은 낙하 거리를 의미하며 추세선 그래프에서 이차항 계수를 이용하여 관성모멘트를 구할 수 있다.
2. 고찰
이번 실험에서 실험값과 이론값을 비교해보니 실험1에서는 412%, 실험2에서는 12.7%, 실험3에서는 23.86%, 실험4에서는 155.42%에 해당하는 범위의 오차가 발생하였다. 각 실험별로 오차가 적은 실험도 있고 심하게 큰 실험도 있었다. 왜 이런 오차가 생겼는지 생각해 보았다.
첫째, 회전축의 관성모멘트를 구하는 공식이 틀렸을 수도 있다. 물리학실험 교재나, 일반물리학 교재를 찾아보아도 회전축에 대한 관성모멘트의 식이 나와있지 않았다. 그래서 여러 경우를 따져보아 회전축에 대한 관성 모멘트식이 이 될 것이라고 추측하였다. 하지만, 실험값과 이론값의 차이가 심하게 나는 것으로 보아 이 식이 잘못되었을 수도 있다고 생각되었다.
둘째, 회전축이 회전할 때 생기는 마찰에 의해 오차가 발생한다. 물체와 물체가 접촉할 때 그 수치의 크고 작음을 떠나서 마찰은 반드시 발생한다.
셋째, 버니어캘리퍼스의 사용의 미흡함에 있어서 실험값과 이론값의 차이를 조금이나마 증가시켰다.
넷째, 측정값을 얻어내는 식이 2차 미분방정식을 적분하는 식이었는데 추세선에 근사시키다보니 약간의 오차가 발생한 것 같다.
다섯째, 추를 잡고 있던 손을 뗄 때, 힘이 가해져서 실험값에 영향을 미친 것 같다.
여섯째, 추가 낙하할 때 공기저항력이 생기며, 낙하지점 또한 일치하지 못하였다.
이러한 이유들로 실험값과 이론값의 차이를 유발하지 않았는가 싶다.
3. 결론
이번 실험은 관성모멘트를 측정하는 실험이었는데, 교재에 나와있는 관성모멘트 공식으로 구하면 오차가 상당히 심하기에 에 관한 2차 미분방정식으로 t에 관하여 2회 적분한 식을 이용하여 구하였다. 실험 데이터에 비해 결과를 계산하기가 참으로 힘들었으며, 계산 실수인 것인지 오차인지 확실히는 모르지만 상당한 오차가 발생한 실험이 일부 있었다. 하지만, 실험을 통해서 관성모멘트의 개념에 대해 보다 더 실증적으로 이해할 수 있었다. 또한 본래 실험 목적인 관성모멘트 측정을 통한 관성모멘트의 정의와 의미를 이해 할 수 있어서 뜻깊은 실험이었다.
<문제>
1. 원판, 막대, 질점의 관성모멘트의 이론값과 실험에서 구한 실험값을 비교하여라.
Sol) 데이터 분석한 것 참조.
2. 대칭축을 중심으로 회전하는 물체의 총 운동에너지는 이다,
책 P.91의 그림과 같이 지면으로부터 h의 높이에 놓여진 질량 M, 반지름 R의 원판이 경사면을 따라 미끄러짐 없이 굴러 내려갈 때 지면에서의 원판의 속력은 얼마가 되는가?
Sol) 에너지 보존법칙을 이용하면
이다. 이므로
이 식을 에 관해 정리하면
지면에서의 원판의 속력은 이 된다.
3. 실험에서 구한 관성모멘트는 질량 중심에서의 관성모멘트 이다. 회전축을 변화시키면 관성모멘트의 값도 변화한다. 질량이 M인 물체의 회전축을 h만큼 평행하게 이동시키면 관성모멘트 는 어떻게 되는가?
Sol) 문제는 평행축정리에 관한 내용이다. 처음 관성모멘트를 라 하면 평행하게 h만큼 이동시킨 후의 관성모멘트는 이다.
4. 참고문헌, 감사의 말
참고문헌 : 대학물리학(북스힐) - p.245 ~ 260
일반물리학실험(북스힐)
감사의 말
조교님이 가르쳐준 식 덕분에 시간을 많이 절약했던 것 같습니다. 다음 실험도 열심히 하겠습니다.

키워드

성균관대,   물실,   일반물리학실험,   물리학실험,   관성모멘트,   관성모멘트 측정