[일반물리실험] 마찰계수 측정

목차

[1] 실험 목적
[2] 실험 전 가정
[3] 실험 과정
[4] 실험 값
[5] 결과 분석
[6] 오차 논의 및 검토
[7] 결론

본문내용

도 ±5%정도에서 수렴한다. 따라서 물체의 운동을 기술할 때 힘, 에너지 어느 쪽으로 기술하여도 맞는 기술이며, 서로 상호 변환이 가능함을 알 수 있다. (2)-①-ⓑ를 보면, 질량, 재질이 같고 표면적만 다르게 한 나무토막 C, D의 마찰계수가 거의 일치함을 알 수 있다. 하지만 D의 경우가 C의 경우보다 좀 더 큼을 알 수 있는데, 정지마찰계수 때와 마찬가지로 표면적에 따른 차이라 생각된다.
수정된 uk평균
나무토막A-제2법칙
0.591
나무토막B-제2법칙
0.276
나무토막C-제2법칙
0.699
나무토막D-제2법칙
0.715
나무토막A-에너지보존
0.558
나무토막B-에너지보존
0.259
재미있는 점은 마찰계수에 대한 편차의 제곱들을 표로 나타냈을 때이다. 결과를 정렬하지 않고, 실험한 순서대로 기록했기 때문에, 그래프의 모양이 의미가 있다. 실험의 횟수에 따라 차이는 있지만 대체로 'W'모양을 그린다. 0에 가까울수록 평균치에 가깝다는 의미이므로, 초기에는 평균에서 많이 벗어났다가 점차 가까워지고, 멀어지고, 가까워졌다 가 다시 멀어진다. 한두 실험에서 이런 결과가 나온다면 우연이라 생각하지만, 운동마찰력계수와 관 련된 모든 실험에서 W자 그래프 를 보였다. 사포는 매 실험시마다 교체를 했기 때문에, 각 실험마다 여러 회 진행하면서 사면대의 표 면상태가 바뀌었기 때문이라 생각 된다. 다시 말하자면 상태가 일정 하다고 볼 수없는 실험에서 평균 에서 큰 차이가 발생하는 값들을 같은 가중치로 두고 평균을 내는 것은 오차율을 높일 가능성이 있 다. 따라서 정규분포를 통해 범위
를 지정하고 이에 따라 다른 가중치를 줘서 가중평균을 구해보도록 한다. <그림 6>은 실험 (2)-①-ⓑ 나무토막 C의 정규분포 곡선이다. 평균을 기준으로 A구간(A.V- ~ A.V+)은 가중치 4를 B구간(A.V- ~ A.V+, A구간 제외)은 가중치 2를 C구간(그 외 구간)은 가중치 1을 주고 그에 따른 운동마찰계수의 평균을 다시 구해본다. 대체적으로는 낮아지지만, 예외적으로 높아지는 실험도 있었다.
[6] 오차 논의 및 검토
A- 역시 가장 큰 원인은 사면대의 표면 거칠기가 일정하지 않기 때문인 것 같다. 표준편차제곱으로 만든 그래프를 봐도 역시 사면대가 원인인 것 같다.
B- 그건 일단 사면대를 실험시마다 바꾸거나, 재질을 쉽게 변하지 않는 것으로 바꾸지 않는 한 막기가 어 렵다. 그런 것 외에도 일반적으로 들어가는 실의 질량, 실과 도르래의 마찰력 같은 것도 일단 영향력 은 있다.
C- 깃대를 고정시키기는 했지만 운행 중의 작은 틀어짐까지는 막지 못했으니 그에 따라 속도나 가속도도 잘 못 나올 수 있다.
A- 그래도 매 실험마다 사포를 바꿔가며 실험해서 비교적 정확한 결과가 나오지 않았나 싶다. 하지만 반 대로 매 실험마다 사포를 바꿨기 때문에 사포와 나무토막의 접착상황이라던가 접촉 면적이 미세하게는 다르지 않았을까 싶다.
B- 정교하게 자르고 붙였어야 했는데, 실험시간에 쫓겨 그 점이 다소 소홀해진 면이 있다.
C- 시간 부족 때문에 급하게 진행한 점도 오차를 키웠을 것이다.
A- 힘이 수평으로 분산되지 않도록 출발지점을 정확하게 측정한 것은 다행이다.
A- 정지마찰력 측정 때는 손으로 작업하다보니 아무래도 오차가 많이 난다.
B- 그래서 여러 번 측정하고, 최댓값으로 작업했지 않나?
C- 그래도 손으로 하는 거라 약간의 오차는 별수 없다.
A- 일단 가중평균을 만들 때 간단하게 단위로 구분한 뒤 가중 값을 4, 2, 1로 나눴는데 가중 값을 확률 로 바꿔 넣으면 더 정확한 결과가 나올 수 있을 것이다.
[7] 결론
여러 가지 실험으로 보아 마찰계수는 질량, 표면적과는 무관한 물체의 표면의 재질과 관련된 값임을 알 수 있었다. 하지만 실제로는 표면적에 따른 마찰력의 차이가 조금 있었다. 측정된 정지마찰력들은 전부 운동 마찰력보다는 컸고, 힘에 관해 기술(Newton 제2 법칙)을 하던 에너지에 관해 기술(에너지 보존 법칙)을 하던 양쪽 모두 비슷한 결과를 냈다. 따라서 양쪽 모두 옳고, 상호 변환이 가능하다. 여러 실험의 편차의 제곱을 그래프로 그려보니 모두 비슷한 모양의 그래프가 나왔다. 아마 이는 사면대의 표면이 변화되면서 비슷한 패턴으로 측정이 이루어졌고, 사면대에 의한 오차가 있었음을 보여준다. 사면대의 표면과 같이 없애기가 쉽지 않은 오차들도 있지만, 좀 더 넉넉히 실험을 한다던가, 가중평균과 같은 기술적인 면을 응용하면 지금보다 오차를 더 줄 일수 있을 것이다.

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