[대학 물리학 실험] 일과 에너지 결과보고서

소개글

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목차

일과 에너지 결과보고서

◆ 실험 제목 : 일과 에너지
◆ 실험 결과 및 계산
[1] 측정값 및 데이터 분석
[2] 그래프
◆ 질문에 대한 토의
◆ 종합토의
◆ 참고문헌

본문내용

일에너지 정리가 마찰력과 같은 비보존력들의 일이 총 역학적 에너지의 변화량과 같음을 파악하는데 목적이 있다.
실험1에서 구한 충돌수레의 와 를 이용해 실험2에서는 일에너지 정리의 유효성을 판단해 볼 것이고, 실험3에서는 나무토막의 와 를 구해 실험1과 비교하여 구름마찰과 미끄럼마찰의 마찰계수는 어떤 차이를 보이는지 알아볼 것이다.
실험에서의 주의할 사항 몇가지를 보자. 우선 실을 수평으로 맞추어야 한다. 수평이 유지되지 않은 실은 힘이 분산될 수 있음을 의미한다. 또 속도-시간 그래프를 보면 알겠지만 중간에 튀어오르는 부분이 있다. 그 부분은 곧 트랙이 매끄럽지 못하다는 점을 보여준다. 이것이 특히 중요한 이유는 실험3 때문이다. 각 실험을 보며 확인해보자.
실험1에서는 충돌수레에 작용하는 마찰력과 마찰계수를 확인하는 실험이었다. 여러번 연습하고 측정한 후 등가속도 운동을 보이는 선형 v-t 그래프를 얻었다. 이로부터 과 을 구해 충돌수레의 마찰력과 운동마찰계수를 구해냈다.
실험2는 정지한 충돌수레가 등가속도 운동하는 것을 통하여 얻은 를 구하고 실험1에서 구한 를 통해 를 구했다. 일에너지 정리의 유효성을 파악하려면 값과 값을 비교해 보면 된다. 실험에서 얻은 값으로부터
라는 결과를 얻을 수 있다. 즉, 95.4%만큼 일치한다는 것이므로 일에너지 정리가 유효한 것임을 확인할 수 있다. 또 한가지 주목할만한 것은 0.042178 의 값인데, 이고, 는 가운데 하나이므로 이어야 한다. 0.042178의 수치는 구름마찰에서 비보존력 가운데 마찰력의 영향이 그리 크지 않다는 것을 말해준다. 사실 실험에는 수많은 오차요인들이 있어 0.042178의 값을 높은 정확도를 가질 수는 없지만, 그래도 위와 같은 사실을 확인하는데 도움이 됐다.
마지막으로 실험3은 나무토막의 최대 정지마찰력과 최대정지 마찰계수를 알아보는 실험이다. 실험3이 매우 난해했다. 트랙의 표면이 일정치 않아 트랙의 부위마다 정지마찰계수가 서로 다르게 측정되었기 때문이다. 실험3에서 나무토막에 작용하는 외력은 충돌수레와 추의 질량에 중력가속도를 곱한 값으로 말할 수 있다. 이렇게 해서 측정한 마찰력과 마찰계수는 미끄럼마찰이다. 운동마찰계수는 실험1에서 이고, 나무토막의 운동마찰계수는 실험3에서 가 나왔다. 따라서 비는
의 값을 얻을 수 있다. 즉 ‘바퀴’가 달린 수레의 운동마찰계수가 매우 낮은데, 그 이유는 바퀴는 ‘구름’마찰, 나무토막은 ‘미끄럼’마찰로 구분할 수 있기 때문이다. 따라서 바퀴가 달린 수레는 구르기 때문에 마찰력이 작다.
이상으로 일과 에너지 실험을 모두 마쳤다. 이번 실험을 통해 물리학 시간때 배운 일에너지 정리가 실제로 얼마나 유효한지 알게 되었고, 비보존력의 변화, 특히 마찰력에 대해서도 공부하였다. 또 지난실험인 등가속도 운동, 마찰력에 이어 구름마찰과 미끄럼마찰의 차이에 대해서 한번 더 공부할 수 있었다. 몇 가지 빼고는 나름대로 만족할만한 수치를 얻어 실험결과는 만족스러웠다.
◆ 참고문헌
물리학실험,편자:아주대 물리학실험실,아주대학교 출판부

키워드

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