[기초물리실험] 회전운동 - 회전운동에서 각속도, 각가속도, 관성모멘트, 회전력(토크)에 대한 개념을 이해하고 이들 물리량들의 상관관계에 대하여 알아본다

목차

1. 실험목적

2. 이론

3. 실험방법

1. 실험결과 및 분석

2. 토의 및 결론

본문내용

수 있듯이 물체에 가해지는 힘()과 각가속도()는 비례관계이다. 에서 힘()과 질량()이 비례관계이므로 질량()과 각가속도도() 비례관계이다. 그래서 추의 질량이 커질수록 각가속도가 커진다.
에서도 역시 질량()이 커질수록 각가속도()가 커지는 것을 볼 수 있다.
추의 질량이 커질수록 오차도 점차 커지는 것을 볼 수 있는데, 이는 추의 질량이 커짐에 따라 실과 도르래의 마찰력도 커져서 오차가 점차 커지는 것 같다.
(3) 회전원통반경=0.0250(m) , 추의 질량=0.0846(kg) 일정
회전원통반경
r (m)
관성모멘트
I (kgm2)
질 량
m (kg)
각가속도
실험값
각가속도 이론값
오차
(%)
메인+보조
0.0250
0.0147
0.0846
1.24
1.41
11.6
메인+강철링
0.0250
0.0105
0.0846
1.75
1.97
10.7
메인+막대
0.0250
0.00996
0.0846
1.88
2.07
9.47
메인
0.0250
0.00750
0.0846
2.53
2.75
7.71
회전원통반경과 질량이 일정할 경우 관성모멘트가 커질수록 각가속도가 작아지는 것을 볼 수 있다. 에서 볼 수 있듯이 회전원통반경과()과 질량()이 일정하면 토크()도 일정하다. 토크()가 일정하므로 관성모멘트()와 각가속도()는 반비례관계이다. 그래서 관성모멘트가 커질수록 각가속도는 작아진다.
에서도 역시 관성모멘트()가 커질수록 각가속도()가 작아지는 것을 볼 수 있다.
관성모멘트가 커질수록 오차도 점차 커지는 것을 볼 수 있다. 관성모멘트는 (각 입자의 질량)×(입자로부터 회전축까지의 거리)2 를 모두 더한 값 () 이므로, 관성모멘트가 커진다는 말은 원판의 질량이 커진다는 말이다. 원판의 질량이 커지므로 바닥과의 마찰력이 커져서 오차가 점차 커지는 것 같다.
2. 토의 및 결론
(1) 분석 정리
회전원통반경
r (m)
관성모멘트
I (kgm2)
질 량
m (kg)
각가속도
실험값
각가속도 이론값
오차
(%)
메인
0.0150
0.00750
0.0445
0.816
0.873
6.48
0.0200
0.00750
0.0445
1.09
1.16
6.29
메인
0.0250
0.00750
0.0445
1.36
1.45
6.46
0.0250
0.00750
0.0647
1.96
2.10
7.06
0.0250
0.00750
0.0846
2.53
2.75
7.71
메인+보조
0.0250
0.0147
0.0846
1.24
1.41
11.6
메인+강철링
0.0250
0.0105
0.0846
1.75
1.97
10.7
메인+막대
0.0250
0.00996
0.0846
1.88
2.07
9.47
에서 알 수 있듯이 회전원통반경()과 질량()이 커질수록, 관성모멘트()가 작아질수록 각가속도가 커지는 것을 알 수 있었다. 그리고 중력이 커질수록 각가속도가 커질 것이다.
(2) 오차의 원인
① 스마트 도르래와 메인원판 사이의 마찰력 때문에 오차가 생겼을 것이다.
② 실과 도르래 사이의 마찰력 때문에 오차가 생겼을 것이다.
③ 회전원통에 실의 감을 때 실이 겹치지 않도록 감아야 하는데 사람의 손으로 감다 보니 실이 겹쳐져서 오차가 생겼을 것이다.
④ 회전원통에 감긴 실과 도르래가 수평이 되어야 하는데 사람의 눈으로 본 것이라 정확한 수평이 되지 않아 오차가 생겼을 것이다.
⑤ 추걸이에 생기는 공기저항 때문에 오차가 생겼을 것이다.
⑥ 유효숫자를 맞추기 위해 반올림을 하는 과정에서 정밀성이 떨어져 오차가 생겼을 것이다.
⑦ 실험 장비 조작의 미숙으로 인한 오차가 생겼을 것이다.

키워드

물리실험,   회전운동,   각속도,   각가속도,   관성모멘트,   토크