[일반물리실험 보고서] A. 글라이더의 가속도 측정 : 뉴턴(Newton)의 운동 제 2법칙(F=ma)을 이해한다.

소개글

[일반물리실험 보고서] A. 글라이더의 가속도 측정 : 뉴턴(Newton)의 운동 제 2법칙(F=ma)을 이해한다.에 대한 보고서 자료입니다.

목차

<제목 차례>

Ⅰ. 실험 제목…………………………………………………1
Ⅱ. 실험 목적…………………………………………………1
Ⅲ. 이론적 배경………………………………………………3
　1. 뉴턴의 제 2법칙…………………………………………3
Ⅳ. 실험 방법…………………………………………………4
Ⅴ. 실험 결과…………………………………………………7
　1. 실험값…………………………………………………7
Ⅵ. 실험 결과 및 검토………………………………………8
Ⅶ. 결과 분석…………………………………………………9
Ⅷ. Discussion…………………………………………………9
Ⅸ. 결론…………………………………………………………10
Ⅹ. 참고 문헌…………………………………………………10

<표 차례>
[표 1] …………………………………………………7
[표 2] …………………………………………………7
[표 3] …………………………………………………7
[표 4] …………………………………………………8
[표 5] …………………………………………………8
[표 6] …………………………………………………8

본문내용

두고, ‘MODE’ 버튼을 눌러 평균가속도를 측정하는 ‘AccelTwo Gates’ 모드가 되게 한다.
(10) 적당량의 추를 선택하고 이 추(추걸이 포함)의 질량을 재어 이라 하고 기록한다. 그리고 이 추를 추걸이에 단다.
(11) 글라이더를 에어트랙의 한쪽(실을 얹은 도르래의 반대편) 끝으로 이동시켜 첫 번째로 지날 포토게이트 앞에 적당한 거리를 두고 위치하게 하고, 글라이더가 움직이지 않게 잡고 있도록 한다.
(13) 포토게이트 타이머의 ‘START/STOP’ 버튼을 눌러 포토게이트 타이머를 측정 대기 상태에 둔다. LCD 표시창에 ‘!’의 문자가 나타나면 타이머는 측정 대기 상태에 있게 된다.
(14) 잡고 있던 글라이더를 살며시 놓아 운동시키며 글라이더의 가속도를 측정한다. 이때, 포토게이트 타이머를 LCD 표시창에 표시되는 평균가속도의 측정값을 이라 하고 기록한다.
(15) 글라이더의 질량 과 추(추걸이 포함)의 질량 을 식에 대입하여 글라이더의 가속도의 이론값
을 구한다. 여기서, g=980 cm/s2으로 한다.
(16) 과정 (14)의 가속도의 측정값 을 (15)의 이론값 과 비교하여 그 일치 여부를 논하여 본다.
(17) 과정 (12)~(16)을 4회 더 수행한다.
(18) 글라이더의 질량은 변화시키지 않고 추걸이에 매단 추의 질량만을 두 단계로 변화시켜가며 이상의 실험을 한다. 그리고 실험 결과로부터 추(추걸이 포함)의 질량 의 변화가 글라이더의 가속도에 어떠한 영향을 미치는지를 논하여 본다.
(19) 과정 (18)에서 추걸이에 추가한 질량은 제거하여 처음 상태로 두거나 아니면, 질량 변화 1, 2단계 중 어느 한 상태와 똑같이 두고, 이번에는 글라이더의 양면에 돌출되어 있는 핀에 적당한 양의 추를 얹어 글라이더의 질량 만을 변화시켜가며 이상의 실험을 한다. 그리고 실험 결과로부터 글라이더의 질량 의 변화가 글라이더의 가속도에 어떠한 영향을 미치는지를 논하여 본다.
(20) 과정 (16)과 (17), 그리고 (18), (19)의 실험 결과로부터 글라이더의 운동이 뉴턴의 운동 제 2법칙을 따름을 확인한다.
5. 실험 결과
1) 추(추걸이 포함)의 질량 을 변화시켜가며 실험
○ 글라이더의 질량, = 179.66
(1) 1회
① 추(추걸이 포함)의 질량, = 35
회
()
(%)
1
127.3
159.7
20.3
2
128.7
19.4
3
128.9
19.3
4
125.8
21.2
5
131.4
17.7
평균
128.4
19.6
(2) 2회
② 추(추걸이 포함)의 질량, = 65
회
1
234.0
260.3
10.1
2
221.5
14.9
3
228.4
12.2
4
235.1
9.6
5
225.8
13.2
평균
228.9
12
(3) 3회
③ 추(추걸이 포함)의 질량, = 95
회
1
284.7
338.9
16.0
2
303.2
10.5
3
317.5
6.3
4
327.2
6.4
5
292.0
13.8
평균
302.9
10.6
2) 글라이더의 질량 을 변화시켜가며 실험
○ 추(추걸이 포함)의 질량, = 65
(1) 1회
① 글라이더의 질량, = 209.66
회
1
190.1
232.0
18.0
2
197.7
14.7
3
205.7
11.3
4
205.8
11.3
5
206.4
11.0
평균
201.1
13.3
(2) 2회
② 글라이더의 질량, = 239.66
회
1
183.7
209.0
12.1
2
180.6
13.5
3
186.0
10.6
4
175.4
16.0
5
182.0
12.5
평균
181.5
13.1
(3) 3회
③ 글라이더의 질량, = 269.66
회
1
164.4
190.3
13.6
2
152.6
19.8
3
160.1
15.8
4
165.7
13.0
5
159.7
16.0
평균
160.5
15.6
6. 결과분석
본 실험에서는 보다 정밀한 측정을 위하여 매 실험마다 두 번씩 실험을 하였으며 아래의 값들은 두 번의 실험 데이터들을 측정값과 오차율로써 나타낸 것이다.
1) 추(추걸이 포함)의 질량을 변화시켜가며 실험
가장 먼저 추(추걸이 포함)의 질량을 변화시켜가며 실험을 한 것은 실험값과 이론값에 있어서 차이가 나타났다. 하지만 3번의 실험 결과를 볼 때 첫 번째 실험에서는 오차율이 20%정도로 조금 크게 나타난 바 있지만 나머지 2번의 실험은 대략 11%정도로 일정하게 나왔다.
2) 글라이더의 질량을 변화시켜가며 실험
글라이더의 질량을 변화시켜가며 실험을 한 것 역시 실험값과 이론값에 있어서 차이가 나타났다. 하지만 3번의 실험 결과를 볼 때 3번의 실험 모두 약 13%의 오차율로서 비슷하게 나온 것을 알 수 있다. 이는 실험자의 실수보다는 아래에서 언급될 오차에 대한 요인으로 인한 오차율이라고 보인다.
7. Discussion
본 실험에서는 두 가지의 실험 모두 비슷한 방법으로 결과를 구하였기 때문에 오차분석에 대한 이유는 동일하게 하겠다.
1) 에어트랙의 수평조절을 완벽하게 하지 못하였다.
2) 포토게이트 기계가 가속도를 정확히 측정할 수 없었다.
3) 기계를 글라이더와 정확히 연직선상에 맞출 수 없었다.
4) 이론상의 무 마찰 트랙이 아닌 바람으로 글라이더를 살짝 띄운 것이기 때문에 글라이더가 상하 진동을 하면서 매 실험마다 오차가 발생하였다.
8. 결론
이번 실험은 실험적으로 마찰이 거의 없게 만든 트랙 위에서 글라이더를 가속시켜 그 값을 측정하는 실험이었다. 이론적으로는 어떻게 실험을 하여도 같은 통제변인 조건에서는 일정한 가속도를 가졌어야 하나 위의 Discussion에서 언급한 것처럼 여러 가지 오차 발생요인이 작용하였기 때문에 정확한 측정은 어려웠다. 하지만 뉴턴의 제 2법칙을 이용하여 가속도를 측정하는 실험은 처음이었기 때문에 의미 있는 실험이라고 할 수 있다.
9. 참고문헌
1) John W. Jewett, Jr., Raymond A. Serway, 『Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics 8th Edition』, CENGAGE Learning, 2013, 90p~91p
2) 남형주, 『일반물리실험(1)』, 북스힐, 2015, 37p~52p

키워드

일반물리실험,   글라이더,   가속도 측정,   가속도,   실험 결과,   뉴턴,   글라이더의 가속도 측정