[물리학실험]중력에너지와 회전운동 에너지 예비 및 결과보고서
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소개글

[물리학실험]중력에너지와 회전운동 에너지 예비 및 결과보고서에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

도 약 2배가 증가한다는 것을 볼 수 있다. 위 결과값으로 회전원반의 질량을 구해보면 각각 1.429kg, 1.426kg, 1.391kg이 나오고 평균값으로 1.415kg을 얻을 수 있다. 이 값은 운동에너지와 회전운동에너지를 계산할 때 마찰력과 같은 오차 요인을 무시하고 얻은 값은 값이다.
2. 선택한 시점에서의 총운동에너지와 출발점에서의 퍼텐셜에너지와의 차이가 의미하는 바는 무엇인가?
역학적 에너지는 보존되어야 한다. 하지만 실험에서 얻은 측정값은 약간의 차이를 보이고 있다. 실과 도르래의 마찰력이 크게 작용하였을 것이다. (결과 그래프를 보면 선형을 이루지 않는 다는 점을 봤을때 확인이 가능하다)
다른 오차 요인으로는 중간 도르래의 회전운동에너지를 고려하지 않은 점이다. 총 운동에너지는 회전운동에너지와 선운동에너지의 합으로 이루어진다. 계산에서는 원반의 회전운동에너지만 고려하였는데 도르래의 회전운동에너지도 고려해 주어야 할 것이다. 또 원반의 관성모멘트 값이 정확하지 않은 것도 오차를 발생시키는 원인이 될 것이다.
2. 실험과정 및 결과에 대한 검토
이번 실험은 역학적 에너지 보존법칙을 확인해보는 실험으로 낙하하는 추가 잃은 퍼텐셜에너지는 추의 선운동에너지와 원반의 회전운동에너지의 합과 같게 나와야한다. 측정값에서는 오차가 5% 미만의 값으로 만족할만한 결과가 나왔지만 약간의 차이를 보인다. 오차요인으로는 실과 도르래의 마찰력, 낙하거리 환산의 오차, 도르래의 회전운동에너지 간과, 부정확한 관성모멘트, 중력가속도의 차이 등으로 생각된다.
실험을 통해 회전운동에너지라는 새로운 개념을 알게 되었다. 내부를 관통하는 축에 대하여 회전하고 있는 강체는 이동하지 않으므로 병진 운동에너지가 없지만, 물체가 회전함에 따라 물체내의 모든 원자들은 축에 대하여 회전한다. 개개 입자들은 순간마다 병진 운동에너지를 가지며, 회전하는 물체는 일을 할 수 있고 에너지를 전달 할 수 있어서 운동에너지를 다른 물체에 나누어 줄 수 있다. (Eugine Hecht, 물리학, 253p)
회전운동에너지는 으로 나타낼 수 있고, I는 회전축에 대한 관성 모멘트이다. 강체가 회전없이 병진운동할 때 전체 운동에너지는 이며, 순수하게 회전 운동만 있을 때에는 이다. 실험과 같이 물체가 회전하면서 병진운동할 때에는 이다.
위에서 보듯이 관성모멘트는 회전축에 대한 관성모멘트이지만 실험에서는 회전축까지 같이 회전하게 된다. 관성모멘트는 질량과 반지름의 제곱의 곱으로 표시되어 적분을 통해 구해진다. 실험에 사용된 원반에 대한 (회전축을 포함시켜) 관성모멘트를 직접 구하기란 쉽지 않다. 따라서 교재에서는 원반의 관성모멘트를 Kgm2로 주어져 있으나 실험의 측정값을 통해 마찰로 인한 오차가 매우 작다고 가정하여 무시하고 관성모멘트의 값을 새로 구해보면 다음과 같다.
횟 수
관성모멘트
1
1.48 Kgm2
2
1.49 Kgm2
3
1.50 Kgm2
평균값
1.49 Kgm2
(중력가속도 g는 한국과학기술원에서 측정한 수원지역의 중력가속도인 9.799m/s2을 사용하였다.)
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  • 등록일2014.06.05
  • 저작시기2014.6
  • 파일형식한글(hwp)
  • 자료번호#921915
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