물리학 및 실험 - 뉴턴의 사과

목차

1. 실험의 목적과 배경
2. 실험장치 및 방법
3. 실험결과
5. 실험 논의
6. 결론
7. 참고문헌

본문내용

.246
9.64
7.44
7.254
표준편차
0.029496
0.960458
0.105119
0.962393
0.167422
5. 실험 논의
우리는 이 실험을 통해 낙하하는 물체의 가속도는 일정한가, 가속도에 영향을 주는 요인은 무엇인가 하는 것을 알아보려고 하였다. 이론적으로 낙하 가속도는 9.80m/s2로 일정해야 한다. 요약 부분과 배경이론 부분에서 언급한 것처럼, 중력과 같은 만유인력의 영향만을 받아 움직이는 물체의 가속도는 만유인력 상수와 상대물체의 질량에 비례하고 두 물체 사이의 거리의 제곱에 반비례하여 성립될 뿐 다른 값에는 영향을 받지 않기 때문이다. (만유인력 상수는 항상 일정한 값이고 상대물체의 질량은 지구의 질량이 되어 일정하며 두 물체 사이의 거리는 지구의 반지름으로 계산하여도 무관하다. 지구의 반지름이 낙하하는 물체의 반지름에 비해서 월등히 크기 때문이다.) 하지만 이 실험에서는 각 상황에 따라 다른 결론이 도출되었다. 그 이유는 중력을 제외한 또 다른 외력이 작용했기 때문이다. 그 이유를 각각 분석해 보면 다음과 같다.
(1) 첫 번째로, 빛살문검출기 바로 위에서 떨어뜨린 경우, 5개의 실험들 중 가장 작은 표준편차를 얻을 수 있었다. 그러나 이론상의 값과는 다소 차이가 있었는데 그 이유는 중력가속도는 지구의 내부원소 분포, 위도, 지구의 자전등에 따라서 달라지기 때문에 그런 세부 요소로 인해 이론값이 정확히 나오지 않은 것 같다. 또한 아주 적은 시간동안이었지만 공기의 저항도 생각할수 있다.
(2) 두 번째, 빛살문검출기 30cm위에서 떨어뜨린 경우는 높은 곳에서 떨어뜨리는 만큼 수직방향으로 떨어뜨리는데 어려움이 있어 검출기를 빗나가는 경우가 많았다. 그 결과, crank counter도 다른 값이 여러 번 나왔으며, 그 만큼 표준편차도 크게 나왔다. 또한 이론값과도 다소 거리가 있었다. 그리고 자가 기울어질 경우 검출기가 테이프의 간격을 길게 인식하게 되어 속도 산출의 결과가 일정하지 않게 나왔다. 또 미약하지만 자의 질량 중심에서 벗어난 곳에 손의 힘이 가해질 경우 회전력이 생겨 더 긴거리를 떨어질 수도 있다. 이러한 원인을 가속도가 작게 측정된 이유로 예상할 수 있다.
(3) 세 번째, 추를 달아서 실험했을 경우, 실험값은 이론치에 근접은 했지만 역시 오차는 있었다. 또한 표준편차는 가장 크게 측정되 실험을 할 때마다 크고 작은 방해요인들이 많이 작용했음을 알수 있다. 근접한 결과를 얻은 요인으로는 추를 아래에 닮으로써 질량중심이 아래로 치우쳐 기울어짐을 방지할 수 있었다는 것을 들 수 있다. 그러나 추의 무게중심으로 인해 실험마다 자가 일정한 방향으로 떨어지지 못해 그만큼 표준편차고 크게 측정되었다. 그리고 그냥 떨어뜨렸을때보다 더 작은 실험값이 나온 이유로는 추의 단면적이 자의 단면적보다 크므로 저항력이 좀 더 작용했을 것임을 들 수 있다.
(4) 네 번째, 공기가 든 풍선을 갖고 실험했을 경우, 약간 큰 오차율과 표준편차를 보였다. 여기서의 오차의 원인은 풍선을 놓을 때 자의 진동이 있고, 자가 풍선을 처음에 끌어당길 때 상하 진동이 있기 때문으로 보인다.
(5) 마지막으로 헬륨이 든 풍선을 달고 실험한 결과를 보면 적은 표준편차가 나왔다. 여기서 오차의 원인으로는 공기저항이 중력과 반대방향으로 작용하였으며 공기보다 가벼운 헬륨에 대해 부력이 작용하였음을 들 수 있다. 그리고 이 힘들은 이론값과 실험값이 큰차이를 보이도록 한 것 같다.
공기와 자와의 마찰력은 모든 경우 작용하므로 위에서 언급하지 않았다. 또 실험 장소의 고도, 혹은 지하 구성 물질에 의한 오차, 시간이나 거리가 너무 짧아서 생길 수 있는 오차 등도 모든 경우 너무 미미하게 작용하리라 보았으므로 위에서 각각의 상황을 비교하는 원인을 나열할 때는 생략하였다. 그리고, 보다 정확한 실험 결과를 원한다면 진공상태에서 정교한 실험장치를 가지고 실험해야할 것으로 사료된다.
6.결론
위 실험에서 언급한 것에 따르면 낙하하는 물체는 등가속도 운동을 하며, 물체의 중력가속도는 (9.80m/s2)로 항상 일정하다는 것을 알 수 있다. 각각의 실험의 오차값의 원인은 여러 가지 외력이 작용한데에서 기인한다. 따라서 지상 어느 정도의 높이 이하에서는 만유인력의 법칙에 따라 물체의 종류에 관계없이 중력가속도의 값을 9.80m/s로 일정하게 사용할 수 있는 것이다.
7. 참고문헌
*physlab.snu.ac.kr 물리학 실험 홈페이지
*principles of physics

키워드

관성,   뉴턴의 제2법칙,   빛살문 검출기