일반물리실험-컴퓨터화상실험1(단조화운동) 결과보고서

소개글

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목차

1. 실험 원리
2. 실험 결과
a. 비감쇠진동
b. 감쇠진동
C.강제진동
3. 결론 및 검토

본문내용

일반물리학 실험
“컴퓨터 화상실험1”(단조화운동)
결과보고서
과 목 : 일반물리학실험
교수님 : 이 주 연 교수님
조 교 : 김 봉 주 조교님
제출일 : 2007.05.02.水
학 과 : 물리화학부
학 번 : 200712219
성 명 : 전 재 형
공동실험자 : 이 혜 경
1. 실험 원리
실험실에서 실험하기 힘든 여러 가지 물리적인 자연현상들이 있다. 실험하기에는 시간이 너무 길게 소요된다든지 실험실에서 설치하기에는 너무 많은 비용이 든다든지 혹은 현재의 과학기술로는 실험할 수 없는 것 등이다. 이러한 자연현상들은 직접 실험을 하여 확인하는 것이 아니라 컴퓨터의 발달과 더불어 책상위에서 PC를 이용하여 쉽게 화상실험을 할 수 있게 되었다. 실제로 한국의 대기업들의 개발과정이나 기상청에서의 기후 예상하는 일들은 컴퓨터의 도움으로 이루어진다.
본 실험에서는 실험자들이 실험에서의 장비, 중력, 시간, 공기저항 등의 어려움을 격지 않고 이들의 조건을 직접 변화시키면서 컴퓨터 화면상에서 실제 동작을 관측하면서 물리실험을 실행할 수 있게 준비되어 잇다.
2. 실험 결과
a. 비감쇠진동
(1)주기 와 진동수를 계산하고 실험값과 비교하시오.
⇒Position-Time Curves에서도 주기는 1.15이고, 진동수는 0.870이다.
(2)실험에서의 초기조건은 무엇인가? 진폭 와 초기위상 를 구하여라.
(3)운동에너지, 위치에너지, 총에너지를 의 함수로 표현하고 실험의 Energy-Position Curves와 비교해 보라.
⇒ Energy-Position Curves에서도 총 에너지 는 에 상관하지 않는다.
(4)속도 를 위치 의 함수로 나타내고 Velocity-Position Curves의 그림과 비교해 보고 폐곡선이 되는 이유를 설명하라.
(5)용수철 상수 의 변화에 따라 운동이 어떻게 달라지는가? 용수철 상수 값을 달리하여 실험하고 설명하시오.
1>
2>
위의 두 그림을 비교해보자.
용수철 상수 값이 작아지면 진폭은 일정하지만, 주기는 길어진다.
b. 감쇠진동
※용수철 상수=30, 감쇠 상수=2 로 하고 비과도감쇠 시킨다.
(1)감쇠인자 와 고유각진동수 , 각 진동수 를 계산하라.
(2)이 실험에서 초기조건은? 로 주어질 때 와 를 결정하라.
m:1, k:30, b:2
t=0일 때,
(3)운동에너지, 위치에너지, 총 에너지를 시간 t의 함수로 나타내라.
실험a의 (3)과 동일.
(4)Turning Point는 시간이 에서 일어난다. 에서 총 에 너지 를 구하고 Enengy-Position Curves의 그림과 비교해보라.
(5)연속하는 과 의 값은 과 이다. 가 됨을 보 여라. 측정값과 비교하라.
(6)속도-위치 그래프가 폐곡선이 아닌 이유는?
⇒속도가 마찰력에 의해 왕복 할수록 점차 작아진다. 또한 속도는 왕복으로 인해
(+)값과 (-)값을 교대로 가짐으로 달팽이관모양이 된다.
※b값을 변화시켜 임계감쇠의 경우에 대해 실험하고 비과도감쇠와 비교하시오.
☞b;1 으로 하고 감쇠 시킴.
(7)감쇠인자 와 고유각진동수 , 각 진동수 를 계산하라.
(8)초기조건은 무엇인가? 식 에서 A와 B를 구하시오.
m:1, k;24, b:1, =0.5
※b값을 변화시켜 과도감쇠의 경우에 대해 실험하고 다른 경우와 비교하시오.
☞b;1 으로 하고 감쇠 시킴.
(10)감쇠인자 와 고유각진동수 , 각 진동수 를 계산하라.
(11)초기조건은 무엇인가? 식 에서 A와 B를 구하시오.
m:1, k:24, b:1, =0.5
(12)임계감쇠란 무엇인가? 설명하시오.
⇒(즉, )일 때 계는 더 잇아 진동하지 않고, 만약 물체를 옮겼다가 놓으면 물체는 진동없이 평형점으로 되돌아 온다. 이 때의 진동을 임계감쇠라 한다.
C.강제진동
※용수철 상수 k와 감쇠상수 b, 외력의 진폭, 외력의 진동수 를 원하는 값으로 설정한다. (단, 외력의 진동수 는 0.2 이상으로 설정한다.)
(1)감쇠인자 와 고유각진동수 , 각 진동수 를 계산하라.
(2)초기 조건은 무엇인가? 초기조건을 사용하여 일반 해와 특별해의 계수를 결정하 라.
⇒k=30
b=1
=1
=1
(3)정상상태에 도달하는 시간을 결정할 수 있는가? 정상상태에서의 진폭을 구하시 오.
⇒값을 크게하면 그래프가 점점 작아지다가 소멸하는 모습을 직접 아래의 두 그림을 통하여 확인할수 있다.
1>k=30, b=1, =1, =1
2>k=30, b=10, =3, =3
3. 결론 및 검토
이번 실험은 컴퓨터를 이용한 간접적인 단조화운동을 확인하는 실험이었다. 실험a에서는 용수철 상수의 변화에 따른 파동의 진동수, 주기 등의 변화를 알아보는 실험이었으며, 실험b에서는 실험a와는 다르게 감쇠상수b가 작용함으로써 운동은 지속되지 못하고 결국 멈추게 된다는 사실을 확인할수 있었다. (이 때, 감쇠상수가 클수록 운동이 멈추는 시간은 줄어든다.) 실험c에서는 외력의 진폭, 외력의 진동수 에 따른 운동을 그래프로 확인하는 과정이었다. 실험c는 이전의 실험a,b와는 다르게 이해하지 못하고 실험을 마무리 지었다.
컴퓨터를 이용한 간접적인 실험을 통해서 오차가 전혀 발생하지 않는 환경을 만들어두고 정확하고 간편하게 실험을 할 수 있어TEk.

키워드

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