목차
1. 실험 목표
2. 실험 배경 요약(교재와 참고문헌 활용)
3. 실험 장비 및 재료
4. 실험 과정 및 실험 구성도 요약
5. 실험 및 결과 분석, 검토, 결론.
6. 실험 목표에 대한 자기평가
2. 실험 배경 요약(교재와 참고문헌 활용)
3. 실험 장비 및 재료
4. 실험 과정 및 실험 구성도 요약
5. 실험 및 결과 분석, 검토, 결론.
6. 실험 목표에 대한 자기평가
본문내용
어트랙이라도 이용한다면 오차는 더 줄어들 것으로 보인다.
*역학적 법칙을 이용해 질량을 구할 수 있다는 것이 신기했다.
(3)~(4)번 과정 (담당교수님과 조교님의 지도로 엘리베이터 실험은 실시하지 않게 되었다.)
(센서포함 역학차 질량을 663.3g에서 약 500g 증가시켜 1172.3g으로 실험)
정확히는 500g을 증가시킨 것이 아니라 509g을 증가시켜 (1)~(2)번 과정을 반복했다.
*분석 : (1)~(2)번 실험과 거의 일치하는 결과를 얻을 수 있었다. 다만 질량이 달라졌으므로 비례상수가 달라졌는데 이는 당연한 결과다. 이 실험에서 수레운동 collect 타이밍과 물체를 움직인 타이밍이 맞지 않아 힘과 가속도 그래프가 (0,0)에서 시작하지는 않았다. 이에 따라 적절히 그래프를 분석하였다. 이에 관계없이 먼저 뉴턴 운동 제 2법칙이 고스란히 그래프로 드러났다. F = ma에서 힘과 가속도는 비례관계가 있음이 위의 그래프에 분명히 드러난 것이다. 힘이 증가하면 할수록 그에 대응되는 가속도 값이 증가하는 분포를 보이고 있다. 즉 역학차에 가한 힘에 비례하여 역학차의 가속도가 나타나는 것이다. 이 힘 대 가속도의 그래프에서 비례상수인 기울기의 값은 0.9131이 나왔는데 이를 역수를 취해 값을 구해보니 1.095였다. 이는 센서 2개 설치한 수레에 추가 질량을 더한 값 1172.3g 과 비슷한 값으로 저울로 측정한 질량과 역학 법칙으로 측정한 질량이 일치하는 경향을 알 수 있었다. 원래 측정한 질량과는 상대오차 6.59%를 나타냈다.
다만 여전히 오차가 존재하는데 이는 접촉 바닥 면에 생기는 마찰력, 그리고 공기의 저항 등으로 인해 생긴 것으로 보이는 실험오차로 보인다. 아무리 레일이 부드럽다고 하더라도 카트바퀴와 레일 사이에 마찰이 생기는 만큼 저항이 생기는 것은 분명하고 그 저항도 완전히 일정하진 않는 등 오차가 생길 수 밖 에 없는 환경이었다. 이러한 것들이 외력으로 작용해 실제 질량과 역학 법칙으로 측정한 질량의 오차를 만든 것으로 보인다.
*개선방안 : : 마찰이 존재하지 않는 실험장비로 진공(게다가 무중력 상태라면 더욱 좋을 것이다.) 상태에서 실험을 한다면 더 정확한 결과가 나올 것으로 사료된다. 최소한 에어트랙이라도 이용한다면 오차는 더 줄어들 것으로 보인다.
실험 4.C Newton 운동 제3법칙
*분석 : 먼저 Force12 대 Force21의 그래프에서 기울기가 -0.9926으로 거의 -1의 관계를 나타내어 실험이 잘 된 것 같다. 뉴턴 운동 제 3법칙이 무척 잘 드러났다. 즉 F12=-F21 즉 작용력과 반작용력이 서로 크기가 같고 부호가 반대임을 확인 할 수 있었다. 이는 뉴턴 운동 제 3법칙의 식을 만족하는 결과이다.
*개선방향 : 더욱 정밀한 실험기기들로 마찰이 존재하지 않는 곳에서 (무중력이면 더 좋을 듯) 실험한다면 정확히 기울기 값이 ‘-1‘인 관계인 것을 확인 할 수 있을 것이다.
*무척 정확한 값이 나와서 놀랬다. 보통 오차가 5% 이상이 나오던데 이 실험에서는 거의 없는 것이 너무 신기했다. 우리 일상에서 이렇게 작용반작용력이 작용하고 있다는 생각을 하니 자연과학과 물리가 멀리 있지 않음을 깨닫게 되었다.
실험 4.A에서 역학차의 운동은 등속 직선운동을 할 것이다. 다시 말해 외력이 없는 상태에서 등속 직선 운동 즉 변위 대 시간 그래프에서 기울기가 대략 일정하게 나타날 것이다.
실험 4.B에서 역학차에 가한 힘에 비례하여 역학차의 가속도가 나타날 것이다. 그 비례상수의 역수가 질량과 일치하는지 또 저울로 측정한 질량과 역학 법칙으로 측정한 질량이 조금의 오차차이로 일치할 것이다.
실험 4.C에서 작용력과 반작용력이 서로 크기가 같고 부호가 반대인지 확인할 수 있을 것이다. 아마 여기선 와가 나오지 않을 것이라 생각된다만 확실치 않다.
실험 4.D에서 마찰력과 무게의 관계를 파악할 수 있을 것이다. 아마 비례관계가 성립할 것이다. 참고로 마찰력을 줄이기 위해 황동봉에 식용유나 참기름을 칠하거나 혹은 황동봉이 아닌 유리봉으로 해보는 것도 좋을 듯하다.
실험 4.D 마찰력
(3)~(4) 분석 : 실험 각각의 정지마찰계수와 운동 마찰계수를 구하여 기재했다. 그 결과 마찰력과 무게는 비례관계가 성립했다. 즉 무게가 많이 나갈수록 마찰력의 크기가 커짐을 확인할 수 있었다.
<마찰계수들>
<황동봉을 이용한 실험>
(5) 분석 : 약 < >배 차이가 난다. 굴림마찰력이 미끄럼마찰력보다 작다는 것을 알 수 있었다. 이는 교통수단으로 썰매보다 바퀴쪽이 더 많이 쓰이는 이유이기도 하다. 마찰력을 줄이기 위해서는 예비보고서에 언급했던 것처럼 식용유나 참기름 혹은 일반 기름류 등을 칠하면 마찰력이 더 적어질 것으로 보인다. 이번 실험에서도 여전히 오차는 존재했는데 다행히 대소관계 파악이 충분히 가능한 상황이여서 큰 문제는 되지 않았던 것 같다.
개선방안 : 황동봉 자체도 정확히 표면이 고르게 매끄럽지가 않아서 여러 오차가 발생했겠지만 그래도 대체적으로 마찰력간의 관계가 잘 드러나는 실험이었다. 또한 황동봉을 깔고 실험했을 때 물체가 모든 황동봉의 영향을 받은 상태에서 움직이는지 또 황동봉을 지나 바닥에 떨어지기 전까지만 정확히 측정했는지 등을 고려해 실험하면 훨씬 더 실험이 정확해 질 것이다. 물론 우리조는 최대한 이를 적용해 실험하였다. 그래서 마찰력간의 관계가 비교적 잘 표현된 것 같다.
6. 실험 목표에 대한 자기평가
이번 실험을 통해 Newton 운동 제1, 제2 및 제3법칙을 각각 설명할 수 있게 되었고
힘의 정의와 힘의 SI 단위를 설명할 수 있게 되었다. 또한 Newton 운동 제2법칙에서 힘, 질량 및 가속도 관계를 실험적으로 밝힐 수 있는 계기였으며 Newton 운동 제3법칙의 작용과 반작용과의 관계를 실험적으로 확인하고 실생활과 연관지어 생각해 볼 수 있는 실험이었다. 마찰력을 실험하고 그 크기 및 마찰계수를 측정하여 마찰력들 사이에서의 관계에 대해서도 알아보는 좋은 계기가 되었다. 많은 오차들에도 불구하고 실험목표를 충분히 확인할 수 있는 기회였기에 무척 뿌듯하다. 앞으로도 오차를 줄이기 위해 더욱 노력해야겠다.
*역학적 법칙을 이용해 질량을 구할 수 있다는 것이 신기했다.
(3)~(4)번 과정 (담당교수님과 조교님의 지도로 엘리베이터 실험은 실시하지 않게 되었다.)
(센서포함 역학차 질량을 663.3g에서 약 500g 증가시켜 1172.3g으로 실험)
정확히는 500g을 증가시킨 것이 아니라 509g을 증가시켜 (1)~(2)번 과정을 반복했다.
*분석 : (1)~(2)번 실험과 거의 일치하는 결과를 얻을 수 있었다. 다만 질량이 달라졌으므로 비례상수가 달라졌는데 이는 당연한 결과다. 이 실험에서 수레운동 collect 타이밍과 물체를 움직인 타이밍이 맞지 않아 힘과 가속도 그래프가 (0,0)에서 시작하지는 않았다. 이에 따라 적절히 그래프를 분석하였다. 이에 관계없이 먼저 뉴턴 운동 제 2법칙이 고스란히 그래프로 드러났다. F = ma에서 힘과 가속도는 비례관계가 있음이 위의 그래프에 분명히 드러난 것이다. 힘이 증가하면 할수록 그에 대응되는 가속도 값이 증가하는 분포를 보이고 있다. 즉 역학차에 가한 힘에 비례하여 역학차의 가속도가 나타나는 것이다. 이 힘 대 가속도의 그래프에서 비례상수인 기울기의 값은 0.9131이 나왔는데 이를 역수를 취해 값을 구해보니 1.095였다. 이는 센서 2개 설치한 수레에 추가 질량을 더한 값 1172.3g 과 비슷한 값으로 저울로 측정한 질량과 역학 법칙으로 측정한 질량이 일치하는 경향을 알 수 있었다. 원래 측정한 질량과는 상대오차 6.59%를 나타냈다.
다만 여전히 오차가 존재하는데 이는 접촉 바닥 면에 생기는 마찰력, 그리고 공기의 저항 등으로 인해 생긴 것으로 보이는 실험오차로 보인다. 아무리 레일이 부드럽다고 하더라도 카트바퀴와 레일 사이에 마찰이 생기는 만큼 저항이 생기는 것은 분명하고 그 저항도 완전히 일정하진 않는 등 오차가 생길 수 밖 에 없는 환경이었다. 이러한 것들이 외력으로 작용해 실제 질량과 역학 법칙으로 측정한 질량의 오차를 만든 것으로 보인다.
*개선방안 : : 마찰이 존재하지 않는 실험장비로 진공(게다가 무중력 상태라면 더욱 좋을 것이다.) 상태에서 실험을 한다면 더 정확한 결과가 나올 것으로 사료된다. 최소한 에어트랙이라도 이용한다면 오차는 더 줄어들 것으로 보인다.
실험 4.C Newton 운동 제3법칙
*분석 : 먼저 Force12 대 Force21의 그래프에서 기울기가 -0.9926으로 거의 -1의 관계를 나타내어 실험이 잘 된 것 같다. 뉴턴 운동 제 3법칙이 무척 잘 드러났다. 즉 F12=-F21 즉 작용력과 반작용력이 서로 크기가 같고 부호가 반대임을 확인 할 수 있었다. 이는 뉴턴 운동 제 3법칙의 식을 만족하는 결과이다.
*개선방향 : 더욱 정밀한 실험기기들로 마찰이 존재하지 않는 곳에서 (무중력이면 더 좋을 듯) 실험한다면 정확히 기울기 값이 ‘-1‘인 관계인 것을 확인 할 수 있을 것이다.
*무척 정확한 값이 나와서 놀랬다. 보통 오차가 5% 이상이 나오던데 이 실험에서는 거의 없는 것이 너무 신기했다. 우리 일상에서 이렇게 작용반작용력이 작용하고 있다는 생각을 하니 자연과학과 물리가 멀리 있지 않음을 깨닫게 되었다.
실험 4.A에서 역학차의 운동은 등속 직선운동을 할 것이다. 다시 말해 외력이 없는 상태에서 등속 직선 운동 즉 변위 대 시간 그래프에서 기울기가 대략 일정하게 나타날 것이다.
실험 4.B에서 역학차에 가한 힘에 비례하여 역학차의 가속도가 나타날 것이다. 그 비례상수의 역수가 질량과 일치하는지 또 저울로 측정한 질량과 역학 법칙으로 측정한 질량이 조금의 오차차이로 일치할 것이다.
실험 4.C에서 작용력과 반작용력이 서로 크기가 같고 부호가 반대인지 확인할 수 있을 것이다. 아마 여기선 와가 나오지 않을 것이라 생각된다만 확실치 않다.
실험 4.D에서 마찰력과 무게의 관계를 파악할 수 있을 것이다. 아마 비례관계가 성립할 것이다. 참고로 마찰력을 줄이기 위해 황동봉에 식용유나 참기름을 칠하거나 혹은 황동봉이 아닌 유리봉으로 해보는 것도 좋을 듯하다.
실험 4.D 마찰력
(3)~(4) 분석 : 실험 각각의 정지마찰계수와 운동 마찰계수를 구하여 기재했다. 그 결과 마찰력과 무게는 비례관계가 성립했다. 즉 무게가 많이 나갈수록 마찰력의 크기가 커짐을 확인할 수 있었다.
<마찰계수들>
<황동봉을 이용한 실험>
(5) 분석 : 약 < >배 차이가 난다. 굴림마찰력이 미끄럼마찰력보다 작다는 것을 알 수 있었다. 이는 교통수단으로 썰매보다 바퀴쪽이 더 많이 쓰이는 이유이기도 하다. 마찰력을 줄이기 위해서는 예비보고서에 언급했던 것처럼 식용유나 참기름 혹은 일반 기름류 등을 칠하면 마찰력이 더 적어질 것으로 보인다. 이번 실험에서도 여전히 오차는 존재했는데 다행히 대소관계 파악이 충분히 가능한 상황이여서 큰 문제는 되지 않았던 것 같다.
개선방안 : 황동봉 자체도 정확히 표면이 고르게 매끄럽지가 않아서 여러 오차가 발생했겠지만 그래도 대체적으로 마찰력간의 관계가 잘 드러나는 실험이었다. 또한 황동봉을 깔고 실험했을 때 물체가 모든 황동봉의 영향을 받은 상태에서 움직이는지 또 황동봉을 지나 바닥에 떨어지기 전까지만 정확히 측정했는지 등을 고려해 실험하면 훨씬 더 실험이 정확해 질 것이다. 물론 우리조는 최대한 이를 적용해 실험하였다. 그래서 마찰력간의 관계가 비교적 잘 표현된 것 같다.
6. 실험 목표에 대한 자기평가
이번 실험을 통해 Newton 운동 제1, 제2 및 제3법칙을 각각 설명할 수 있게 되었고
힘의 정의와 힘의 SI 단위를 설명할 수 있게 되었다. 또한 Newton 운동 제2법칙에서 힘, 질량 및 가속도 관계를 실험적으로 밝힐 수 있는 계기였으며 Newton 운동 제3법칙의 작용과 반작용과의 관계를 실험적으로 확인하고 실생활과 연관지어 생각해 볼 수 있는 실험이었다. 마찰력을 실험하고 그 크기 및 마찰계수를 측정하여 마찰력들 사이에서의 관계에 대해서도 알아보는 좋은 계기가 되었다. 많은 오차들에도 불구하고 실험목표를 충분히 확인할 수 있는 기회였기에 무척 뿌듯하다. 앞으로도 오차를 줄이기 위해 더욱 노력해야겠다.
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