에어테이블(충돌, 마찰, 벡터, 중력가속도) 예비-결과 보고서

소개글

에어테이블(충돌, 마찰, 벡터, 중력가속도) 예비-결과 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

(1)속도의 벡터합
1.실험목적
2.이론 및 원리
3.실험장비 및 기구
4.실험방법
5.실험결과
6.결론 및 토의
7.Reference
(2)충돌
1.실험목적
2.이론 및 원리
3.실험장비 및 기구
4.실험방법
5.실험결과
6.결론 및 토의
7.Reference
(3)중력가속도
1.실험목적
2.이론 및 원리
3.실험장비 및 기구
4.실험방법
5.실험결과
6.결론 및 토의
7.Reference
(4)마찰
1.실험목적
2.이론 및 원리
3.실험장비 및 기구
4.실험방법
5.실험결과
6.결론 및 토의
7.Reference

본문내용

② 정지 마찰력: 질량이 m인 물체를 다른 물체 위에 올려 놓고 끌어당기지만 그 물체가 움직이지 않는 상황을 생각하자.
뉴턴의 제2법칙에서 물체에 힘 F가 홀로 작용한다면 물체는 힘의 방향으로 가속도 a = F / m를 겪으며 운동하게 된다. 그런데 물체가 움직이지 않고 있으므로 그 물체에는 힘 F 이외에 수평 방향으로 힘 f를 받고 있는 것이다. f는 F와 정확히 크기가 같으며 방향은 반대이다. 이 힘 f를 정지 마찰력이라 한다. 즉 물체가 움직이지 않는 한, F가 1 N이면 f도 1 N이고, F가 5 N이면 f도 5 N이다(이것이 첫 번째 이상한 성질이다). 그리고 어느 힘 F가 작용할 때 비로소 물체가 움직였다면 그 때의 힘을 최대 정지 마찰력이라 한다.
③ 운동 마찰력: 운동 상태에 있는 물체의 운동을 방해하려는 마찰력을 운동 마찰력이라 부른다. 운동 마찰력은 외력의 크기에 상관없이 일정한 값이며 최대 정지 마찰력보다 작다. 왜 운동 마찰력은 최대 정지 마찰력보다 작은 것일까?(이것이 두 번째 이상한 성질이다) 파인만의 설명에 따르면 물체를 움직일 때 위아래로 진동하는 현상없이 물체가 움직이는 것은 불가능하다. 즉, 물체가 움직일 때 위아래로 덜컹거리고 그럴 경우 물체와 물체 사이의 접점 수가 줄어들어 그만큼 마찰력도 줄어드는 것이다.
④ 마찰력의 크기: 실험에 따르면 마찰력은 항상 물체를 떠받치는 수직 항력 N에 비례한다(이것이 세 번째 이상한 성질이다). 이러한 사실은 물체가 정지해 있거나 운동하고 있거나간에 성립한다. 마찰력과 수직 항력 사이의 비례 계수를 마찰계수라고 부른다.
(1) 정지하고 있는 물체의 경우- f = μN (μ는 정지마찰계수)
여기서 μ는 일정하지 않고 외력 F가 증가하면 커지는 값을 가진다. 움직이기 직전의 정지마찰계수는 가장 큰 값을 가지며 최대정지마찰계수라고 부르고 μS로 쓴다.
(2) 움직이고 있는 (미끄러지는) 물체의 경우- f = N (는 운동마찰계수)
여기서 는 일정한 값이고 최대정지마찰계수 μS보다 작다.
(3) 바퀴처럼 회전하는 경우-
f = N (은 굴림마찰계수)
여기서 은 일정한 값이고 운동마찰계수보다 작다.
접촉하는 물체에 따라 큰 차이가 있기는 하지만 고무와 아스팔트의 경우와 같이 최대정지마찰계수는 약 0.6, 운동마찰계수는 약 0.4, 굴림마찰계수는 약 0.01 정도이다. 다음 그림은 정지해 있다 미끄러지는 물체에 대해 외력과 마찰력의 관계를 정리한 것이다.
⑤ 최대정지마찰력을 구하는 방법: 빗면을 이용해서 두 면 사이의 최대정지마찰력을 구하는 방법은 다음과 같다. 빗면 위에 질량 m인 물체를 올려놓고 빗면의 각도θ를 점점 증가시킨다. 물체가 미끄러지기 직전의 각도를 θ라 하면 물체에 작용하는 중력 mg는 빗면에 평행한 성분 mg sinθ와 수직한 성분 mg cosθ로 나뉠 수 있다.
수직 항력은 mg cosθ 이므로 최대정지마찰력은 중력의 빗면 성분과 같다는 것으로부터
μSN = μSmg cosθ = mg sinθ 를 얻는다. 따라서 μS = tanθ
여기서 물체가 경사면을 가속도 a로 내려오고 있다면 뉴턴의 제2법칙으로부터 다음의 관계식이 성립한다.
F = ma = -
3. 실험기구 및 장치
① I-CA system
② 에어테이블 실험세트
③ 서포트 잭
4. 실험기구 및 장치
① 평평한 테이블 위에 에어테이블을 올려놓고 최대한 수평이 되도록 하고, I-CA 시스템을 준비한다.
② 카메라를 세팅하고, 화면이 전 실험장면을 최대로 선명하게 잡을 수 있도록 줌과 밝기를 조절한다. 여기서 카메라는 구면수차를 감안하여 최대한 높게 설치하고 줌으로 조절한다.
③ 에어테이블에 기준자를 올려놓고 영상을 저장, 스케일 및 좌표계를 설정한다.
④ 서포트잭을 이용하여 경사면 에어테이블이 되게한다.
⑤ 면위에 퍽을 올려놓고 각도를 조절하여 퍽이 움직이기 시작하는 각도를 구한다. 이각의 tan값이 최대 정지 마찰계수이다. 이 과정을 몇 번 반복하여 평균을 구한다.
⑥ 운동 마찰계수를 구하기 위하여, 경사면 에어테이블을 만들고 퍽을 운동시킨 후 이 과정을 동영상으로 촬영 , 퍽의 가속도를 구한다.
⑦ 분석메뉴를 실행하고, 그래프보기를 통해 T-Y그래프가 2차함수로 주어지는 지 확인하고 추세선을 이용하여 퍽의 가속도를 구한다.
⑧ 이 과정을 반복 평균을 구하여 퍽과 에어테이블 사이의 운동마찰계수를 구한다.
⑨ 원형 퍽에 질량체를 넣고 6~7과정을 반복측정한다.
⑩ 경사각을 바꾸어 위 6~9의 과정을 반복 측정한다.
⑪ 마찰계수를 구한다.
5. 실험결과
① 최대정지 마찰계수 측정
퍽이 미끄러지기 시작할 때의 경사각 : 20
최대정지 마찰계수 : tan20 = 0.363970234
② 운동마찰계수 측정
추세선식
가속도
106.4cm/s
운동마찰계수
0.2485
퍽의 질량
24.7g
6. 실험결론 및 토의
마지막 실험인 마찰계수 측정은 많은 아쉬움이 남는 시험이었다. 일단 서포트 잭을 이용하여 경사각을 세세하게 조정할 수 없었기 때문에 어쩔수 없이 손으로 들어서 경사각을 조정해야 하는 웃지못할 상황이 되어버렸다. 손으로 에어테이블을 들어서 했기 때문에 그만큼 정확성은 떨어졌을거라고 생각된다. 그 무거운걸 손으로 들다보니 손떨림이라는 외부요인은 결코 쉽게 지나칠수 없는 정확도를 크게 떨어뜨리는 한 요인으로 작용할것이 분명하다.
이번 마찰계수 측정 실험 같은 경우는 에어테이블면의 마찰계수를 측정하는 것이기 때문에 공기를 주입할 필요가 없었고 , 그로인해 공기저항에 의한 오차는 거의 없었을거라고 생각된다.
끝으로 이번 에어테이블 결과보고서는 쓰는데 정말 시간이 많이 걸린것 같다. 평소에는 실험을 2개로 하기 때문에 두 실험에 대한 고찰만 하면 되지만 에어테이블 같은 경우는 거기에 딸린 실험이 4개다보니 각각의 실험에 대한 분석과 고찰에 투자한 시간이 다른 실험결과보고서에 비해 2배 이상 된것 같아 너무 힘들었다. 하지만 그만큼 내 스스로 실험자로서의 실험자세에 대한 반성을 가지게 된 가장 좋은 실험이었던것도 부정하지못할 사실이기 때문에 좋은 경험이 되었다고 생각하며 이제 결과보고서를 마치겠다.!!!!!!!!!!

키워드

에어테이블,   충돌,   마찰,   벡터,   중력가속도,   측정