관성모멘트와 각운동량 실험 결과 레포트

목차

1. 실험결과 분석

2. 토의

3. 실험 결과를 이용하여 생각해볼 수 있는 것

4. 참고문헌

본문내용

을 받게 되므로 다시 되 튀게 된다. 하지만 그렇지 않은 돌은 부력의 크기가 약하기 때문에 되 튀더라도 멀리 튀지 못하고 가라앉고 만다.
바로 앞 실험에서 적당한 스핀을 주면 축의 회전방향과 포탄의 진행방향이 일치하여 더 멀리 나아가고, 과도한 스핀을 주면 회전방향은 변하지 않고 포탄의 운동방향만 변하여 공기의 저항을 많이 받고 그로인해 사거리도 줄어든다고 했다. 하지만 이번은 돌을 얼마나 멀리 던지느냐에 있는 것이 아니라 얼마나 많이 물에 튕기느냐에 있기 때문에 앞 번과 다르게 과도한 스핀일수록 좋다. 스핀을 많이 받을수록 각운동량은 커지고 그만큼 외부 토크의 영향을 받아도 회전을 계속 할 수 있다는 말이다. 그래서 최대한 처음 축 방향을 그대로 유지하는 것이 필요하다.
어떻게 던지느냐는 상당히 중요한 문제다. 허리 아래로 마치 야구의 투수가 언더핸드로 던지듯이 던지는 것도 모두 돌이 잘 튕기면서 멀리 가는데 일조를 한다. 하지만 아무방향이나 모두 잘 되는 것은 아니다. 언더핸드 투수의 공은 처음에는 허리 아래로 내려 깔리지만 다시 올라온 후에 떨어진다. 돌을 던질 때 그렇게 던지게 되면 돌의 앞부분이 위로 향하고 뒷부분이 아래고 향하게 날아간다. 이는 물과 접촉했을 때 큰 부력을 받게 되며 다시 되 튈 수 있기 위한 좋은 방법이 된다. 각운동량을 많이 잃지 않았으므로 회전은 계속되며 회전축도 많이 변하지 않게 되고 다음번 물과 접촉할 때도 같은 방향으로 접촉할 수 있게 한다. 이와 같은 이유로 돌은 수평으로 그냥 던질 때보다 더 잘 튀길 수 있게 된다.
돌을 단단한 바닥에 같은 방법으로 던지게 되면 돌은 강한 토크를 받게 되고 이로 인해 회전이 방해되며 축의 방향도 변하여 처음 바닥과 부딪치는 뒷부분이 토크를 받아 들리면서 튀길 때는 앞부분이 아랫방향으로 향하게 된다. 그래서 물로 던진 것 보다 멀리가지 못하게 되는 것이다.
⑦ Birth and Evolution of Galaxies - 나선 은하 형성 모델
은하는 처음 별들과 마찬가지로 어떤 임계점에 다다른 하나의 큰 가스로부터 시작된다. 그 밀도가 주변보다 상대적으로 높은 구름은 초기 우주의 미세한 요동에 의해서 생긴 것이다. 초기우주에서의 작은 밀도의 차이가 우주가 팽창하면서 점점 더 그 차이가 커지게 되어서 은하를 만들 수 있게 된다.
나선은하형성의 이론으로는 크게 ELS 모델과 SZ모델이 있다.
ELS 모델은 하나의 큰 구름이 각운동량을 보존해가면서 수축하는데 있다. 먼저 생성된 별들이 구상성단들이고 이심률이 큰 타원궤도를 돌게 된다. 그리고 더욱 더 수축해 가면서 디스크와 bulge를 구성하게 된다. 이 경우에 구상성단 등 헤일로의 별들과 bulge에 있는 별들과의 나이문제가 생기게 된다. 구상성단이 나이가 가장 많아야 하는데 실제 관측에는 중심 부분에 오래된 별이 있다고 관측이 되고 있다.
SZ 모델은 여러 개의 구름들이 각기별을 생성하기 시작하고 그런 구름들이 병합과정을 거쳐서 은하가 생성된다는 이론이다. 최근 연세대학교 이영욱 교수가 오메가 센타우리 구상성단을 은하라고 밝혀낸 것은 이 이론을 지지하는 강력한 증거라고 할 수 있다. 통상적으로 헤일로 부분은 ELS 안쪽은 SZ모델이 잘 맞는 걸로 알려져 있다.
⑧ 각운동량 보존의 예
사각의 스프링 그물 같은 곳에서 뛰다가 몸을 회전시키는 트램폴린을 할 때 기본 요령은 뛰어 오르면서 몸을 재빨리 둥글게 구부리는 것이다. 그래야 회전 관성을 작아져 몸을 쉽게 회전시킬 수 있다. 2단 평행봉 연기에서 선수들은 양손을 축을 회전을 크게 한 다음 지상으로 몸을 던지면서 몸을 둥글게 모아 두세 번의 공중회전을 보여준다. 이것이 회전축이 철봉에서 체조 선수의 무게 중심을 지나는 선으로 바뀌면서 체조 선수의 회전 속도가 증가하기 때문에 가능한 일이다.
회전하는 물체의 운동을 나타내는 물리량을 각운동량이라고 한다. 이것은 회전관성과 각속도의 곱으로 나타나는 양이다. 한 계에서 회전 상태를 변화시키는 토크가 작용하지 않는 한 계의 각운동량은 보존된다. 이러한 사실은 앞서 예로 든 피겨스케이팅 선수의 회전으로 쉽게 확인할 수 있다.
각운동량이 보존되는 예는 우리 주변에서 많이 찾아 볼 수 있다. 다이빙 선수가 스프링보드에서 뛰어 올라 몸을 굽혀 회전할 때 회전속도가 증가하는 것도 그 예다. 즉 각운동량은 보존되기 때문에 스프링보드를 뛰어 오를 때에 비해 몸을 굽히면 회전관성이 작아져 회전 속도는 그만큼 커진다는 말이다.
또 우주선에서 추진연료를 사용하지 않고 방향을 바꾸는데도 각운동량 보존이 이용된다. 물론 이 경우는 아주 미세한 방향 전환에만 쓰인다. 외부의 어떤 힘도 작용하지 않는 우주선 내부에서 바퀴 형태의 기계장치인 리액션 휠의 회전속도를 변화시켜 우주선 전체의 각운동량에 변화를 준다. 우주선 입장에서는 각운동량이 보존돼야 하므로 우주선은 회전을 한다. 즉 원하는 곳으로의 방향전환이 가능해진다. 태양계내의 모든 행성이 일정한 회전관성과 회전속도를 가지고 운동하는 것이다. 하지만 우리가 생활하는 세계는 돌고 있는 팽이나 자전거와 같이 외부에서 작용하는 토크 때문에 각운동량이 보존되지 않는 경우가 더 많다.
4. 참고문헌
* 생활 속 과학 이야기
http://kids.hankooki.com/kids/200202/kids20020221170745c1240.htm
* 지구는 무슨 힘으로 공전과 자전을 계속 할 수 있을까?
http://myhome.netsgo.com/kedistar/bulllist_9-16.htm
* 태풍 - 심화학습
http://www.earthbuff.com/topic1_3.htm
* 호수에 돌을 던지면..
http://phys.knue.ac.kr/~physics/homepage0/pds/live-phys/mechanics/pm-4.htm
* 각운동량 보존의 법칙의 예
http://user.chollian.net/~w0753/22-8.htm
* 포신 총열 속 강선의 역할
http://user.chollian.net/~w0753/22-8.htm
* 은하 형성 모델
http://narae.kangwon.ac.kr/~bk97055/star3.htm

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