[일반물리실험1] 실험4. 역학적 에너지 보존 예비보고서

목차

1) 역학적 에너지 보존 법칙
2) 인공 위성의 역학적에너지
3) 인공위성의 탈출속도

본문내용

미끄러져 내려온다고 한다면, 보존력이 입자에 작용한유일한 힘이라면, 이 힘이 한 일은 계의 퍼텐셜에너지의 감소와 같고, 또한 그 입자의 운동에너지 증가와 같다.
(A-1)
그러므로
(A-2)
계의 운동에너지와 퍼텐셜에너지의합은 총 역학적 에너지 E라고 한다.
즉,
(A-3)
만일, 보존력만이 일을 한다면 식 (A-2)은 총 역학적 에너지의 변화는 0임을 말해 주고 있다. 이와 같이 입자가 운동하는 동안 총 역학적 에너지는 일정하다.
즉,
(A-4)
이것을 역학적 에너지 보존법칙이라고 하며, 이것이 “보존력”이라고 표현하는 근원이다.
[참고2] 일 - 에너지 정리란 ?
보존력과 비보존력이 모두 작용하여 일을 할 때, 계의 총 역학적 에너지는 상수가 아니다. 즉, 입자들 중 하나에 일을 하는 계에 대하여 생각해 본다면, 그 입자에 비보존력 와 두개의 보존력 과 가 작용한다고 하면, 알짜 힘은
(A-5)
이다.
일-에너지 정리에 의하면, 이들 힘이 한 총 일은 그 입자의 운동에너지의 변화와 같다.
그러므로
(A-6)
이며, 여기서 는 비보존력이 한 일이며, 은 힘 , 는 힘 에 의하여 한 일이다. 각각의 보존력에 대하여 우리는 다음과 같이 일반적으로 퍼텐셜에너지 함수 을 정의한다.
(A-7)
그러면 식 (A-6)은 다음과 같이 된다.
(A-8)
즉,
(A-9)
로 쓸 수 있다. 여기서
(A-10)
는 계의 총 역학적 에너지이다.
식 (A-7)은 일반화된 일-에너지 정리이다.
한 입자에 작용하는 비보존력이 한 일은 총 역학적 에너지의 변화와 같다.
3. 기구 및 장치
(1) 진자
(2) 면도날
(3) 자
(4) 스탠드
(5) 먹지와 종이
(6) 실
(7) 고무판
(8) 압핀
(9) 연직추
그림 1 실험 장치도
4. 실험방법
(1) 그림 1과 같이 1m 되는 실의 한쪽은 고정대 위에 고정시키고, 한쪽에는 추를 매단다. 고정대 아래에는 면도칼을 고정시키되 추의 위쪽 약 2cm 이내의 곳이 면도칼에 닿도록 고정시킨다. (추에서 면도날이 닿는 부분까지의 실의 길이가 되도록 짧은 것이 좋다.)
(2) 추를 적당한 높이까지 위로 올린 다음 놓아 보아 추의 실이 끊겨 추가 떨어지는 위치를 살펴 그 위치에 고무판을 깔고 추가 떨어지는 위치가 표시되게 고무판 위에 먹지와 종이를 올려놓은 다음 움직이지 않도록 압핀으로 고정시킨다.
(3) 추를 실에 매달기 전에 추의 무게를 천칭으로 측정한 다음 추를 1m 길이의 실에 매달고 높이 H를 자로 측정한다.
(4) 실을 팽팽하게 하여 추를 높이 만큼 높인 후 놓아준다. 이때 를 측정해 둔다.
(5) 추의 실이 면도날에 끊겨 포물선 운동을 하면서 떨어진다. 그러면 추가 떨어진 위치가 먹지에 의해 표시되었을 것이다. 이 위치와 추의 연직기준점과의 거리 X를 측정한다. (이 기준점은 연직추를이용해서 정한다.)
(6) 이 data로부터 x방향속도 를 구하여 이때의 운동에너지 를 구한다. 또한, 위치에너지의 변화 를 구한다.
(7) 위의 과정을 를 변화시켜서 측정하여 기록한다. 이때의 높이 H는 일정하게 하는 것이 좋다.

키워드

역학적에너지,   역학적에너지보존,   일반물리실험