[물리학] 용수철 상수의 측정

목차

1.실험목적

2. 실험장치

3. 실험방법

4.실험치

5. 결과

6.토의

7.참고도서

3-2 용수철 질량계의 에너지 보존

1.실험목적

2. 실험장치

3. 실험방법

4. 실험치

5. 결과

6. 토의

본문내용

.0704
67.6%(65.3%)
그래프를 통해 k= 693N/m 임을 알 수 있다.
g = 9.807m/s2
6. 토의
먼저 용수철 상수를 알아보는 실험에서는 3-1에서 사용한 자와 단위는 같았지만 측정하는 자가 수레의 트랙에 있는 것이어서 측정하는 물건과 좀 멀리 떨어져 있어서 정확하게 측정하기가 힘들었다. 이로 인해서 동일한 용수철이었지만 3-1에서 구한 k값과 차이를 이루었다. 용수철 상수를 3-1의 값을 사용한 결과 용수철 에너지와 중력 에너지의 %차이가 더 줄어드는 것을 볼수있었다. (마지막 표의 ()안의 값 참조)
또 트랙을 기울여놓고 용수철의 움직임을 보는데 3.75는 너무 빨리 수레가 올라갔다가 멈추어서 정확한 x값을 측정하기 어려웠다. 기울기를 더욱 작게 했으면 하는 아쉬움이 남았다.
계산된 용수철 PE와 중력 PE를 비교해 보면 모두 용수철 PE가 큼을 볼 수 있다. 이는 용수철 PE가 수레를 올리는 중력 PE로만 쓰여진 것이 아니라 마찰력에 의한 손실 에너지가 있기 때문임을 쉽게 예측할 수 있다.
질량을 같게 하고 각도를 달리한 3.75도와 1.99도의 값을 비교해보자. 이는 3.75도 기울어진 트랙이 1.99보다 더 차이가 나 보이게끔 한다. 아래 그림을 보고 생각해보자.
빗면의 수직힘을 비교해 보면
N=mgcosθ
빗면의 힘을 비교해보면
μN+mgsinθ=ma
(튕겨 올라가기 때문에 마찰력은 옆그림과의 반대 방향, 가속도 방향도 반대 방향)
N=mgcosθ의 식을 보면 θ가 커질수록 N은 작아져서 마찰력 μN이 작아진다. 또 올라가는 거리도 짧아진다. 따라서 마찰력에 의한 손실 에너지 ==μNs 이기 때문에 각이 커질수록 마찰력에 의한 에너지 손실은 적음을 알 수 있다. 하지만 3.75도와 1.99도의 값을 비교해보니 1.99의 값이 더 오차가 적게 나온다. 이는 3.75도의 수레의 움직임이 너무 빨라서 제대로 움직인 거리를 측정하지 못했기 때문이라고 추측할 수 있다.
이젠 각은 그대로 두고 무게를 달리한 값을 보자. 이는 무게를 높게 할수록 오차가 약간 적게 나온다. 이는 오차의 범위인 것처럼 보인다. 트랙의 눈금으로 거리를 재기 때문에 나올 수 있는 오차로 인해 차이가 날수도 있다고 본다.
7.참고도서
Emgineering Mechanics Dynamics (seventh edition), R.C.Hibbeler ,Hall International, p145-153.

키워드

용수철,   용수철 상수의 측정,   에너지보존법칙,   탄성 퍼텐셜에너지,   운동에너지