<일반물리실험1> 실험1. 속력측정 A+ 결과보고서

소개글

<일반물리실험1> 실험1. 속력측정 A+ 결과보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ실험 목적 및 준비물
Ⅱ실험 이론
Ⅲ실험 내용 및 결과
Ⅳ실험 분석 및 토론

본문내용

그랗게 촬영하면 위치를 정확하게 측정할 수 있을 것이다.
-마지막으로 평평한 테이블에서 실험을 진행한다면 구슬이 직선운동을 하여 정확도를 더 높일 수 있을 것이다.
2. 가속 운동
(1) 롤러코스터 set를 이용해서 완만한 오르막이 있는 레일을 제작한다. (경사가 너무 크면 속력이 빨라져서 측정이 어려워진다.) 레일을 고정하는 집게는 아래와 같은 방법으로 조립한다. (주의 사항: 집게를 금속 기둥에 고정할 때, 금속 기둥의 옆에서 끼우면 집게가 부러지기 쉽다. 집게를 기둥의 끝에서부터 끼운 후 원하는 위치로 이동하도록 한다)
(2) 이제 레일의 한쪽에 구슬을 올려놓으면 구슬의 속력이 계속 변화하며 이동하게 될 것이다.
- 순간속력을 구하는 실험에 앞서, 구슬이 각 알루미늄 봉을 통과하는 기준으로 구간마다 평균 속력을 측정하였습니다.
▲첫번째 봉
▲두번째 봉
▲세번째 봉
-동영상으로 촬영하여 분석하였으며 분석은 ‘어도비 프리미어 프로’ 라는 프로그램으로 각 프레임마다 영상을 돌려가면서 선을 긋고, 몇 cm 가는데 몇 프레임 걸렸는지 확인하여 정리하였다. 1프레임당 소요시간이 0.004초인 이유는 스마트폰 카메라가 240fps로 영상을 촬영했기 때문에 프레임당 1/240초, 약 0.004초 걸린 것이다.
-각 봉마다 경사를 다르게 제작하였기 때문에 봉 사이의 간격은 약 20cm로 비슷하지만 평균속력은 44cm/s에서 70cm/s로 다양하게 나타났다.
(3) 1번 활동에서 고안한 속력 측정 방법을 이용해서 구슬을 반복해서 굴려가며 여러 위치에서 순간 속력을 측정한다. 구슬을 한 번 굴릴 때 한 위치에서만 속력 측정이 가능하므로 여러 위치에서 측정을 하려면 그 때마다 구슬을 다시 굴려야 한다. 매번 구슬의 속력이 일정하도록 구슬이 항상 같은 위치에서 출발하도록 만드는 것이 중요하다.
이 실험에서 구슬을 여러번 떨어뜨려 여러 위치에서 측정을 하는 것보다 한번에 전체를 촬영하는 것이 더 실용적이라고 판단하여 위에서 한번에 촬영하였다. (0.2초 간격으로 위에서 촬영하였다.)
▲0.2초
▲0.4초
▲0.6초
(4) (2)의 결과를 가지고 그래프를 그린다.
-실험한 결과를 다음과 같이 표로 정리하였다.
시간
(s)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
거리
(cm)
0
9.0
10.0
38.0
40.0
55.5
간격 (cm)
9.0
1.0
28.0
2.0
15.5
(y축-속력 m/s)
(x축-시간 s)
(5) 이 그래프만 보고서 레일이 가장 낮은 지점이 어디인지 알 수 있는가? 실제로 가장 낮은 위치와 일치하는지 비교해보라.
-역학적 에너지 보존법칙에 의해 높이가 최대가 될 때는 속력이 가장 낮을 때이다. 따라서 레일이 가장 낮은 지점, 즉 높이가 가장 낮은 지점은 속력이 최대가 될 때이다. 그러므로 측정 예시 그래프에서 속력이 가장 빠른 지점은 약 1.0m 구간이다.
같은 방법으로, 우리 조의그래프에서 레일이 가장 낮은 지점은 0.6초 구간이다. 실제로 낮은 구간도 40cm부근의 위치였다.
* 다음 실험을 위하여 레일의 형태를 변형시키지 말고 그대로 둔다.
3. photo-gate를 사용한 속력 측정
(1) ㄷ자 형태로 생긴 두 gate와 디지털 타이머를 전선잭으로 연결한다. gate A, B를 적당한 간격으로 놓고 공을 통과시키면, 타이머가 두 gate를 지날 때의 시간차를 표시해준다. 타이머에 여러 가지 모드가 있으니, 어떤 모드를 사용해야 할지 살펴보라. 각 측정 모드의 특징을 알게 되었다면 보고서에 기록해둔다.
gate A, B를 놓고 손가락을 통과시켜 시간차가 올바로 측정되는지 시험해본다. (gate내에 물체가 들어왔을 때 붉은 LED가 점등이 되어야 한다. 만일 LED가 점등되지 않는다면 케이블 등을 살펴보고 그래도 문제가 해결되지 않으면 조교에게 알린다.)
(2) gate를 지나는 물체의 속력은 두 gate 사이의 거리와 타이머에 표시된 시간차로부터 구할 수 있다. photo-gate를 사용하여 레일 위를 달리는 구슬의 속력을 다시 측정해서 그래프로 그려보라.
-포토게이트의 용도를 파악하는 정도로만 실험을 진행하였기 때문에, 한 구간의 평균속력과 순간속력만 측정하였다. 2에서 사용한 롤러코스터 세트에 두 개의 게이트를 설치하여 평균 속력을 계산하였고 평균속력은 이동거리/시간으로 구하였다.
-롤러코스터 세트의 레일이 곡선으로 형성되어 있어서 정확한 구슬의 이동한 거리를 측정하기 위하여 구슬이 지나간 레일을 형광펜으로 체크하고, 구부정한 레일을 일자로 펴서 길이를 측정하였다. 측정 결과 레일의 길이:17.5cm, 시간: 0.48초 로 평균속력은 36.45cm/s였다.
-또한 두 개의 포토게이트를 붙여서 속력을 측정하면 그 사이를 통과하는 공의 순간속력에 가까운 값을 구할 수 있다고 판단하여 이 실험을 진행하였다.
-통과한 게이트 길이는 3.6 cm이고 ,센서가 각 게이트의 중앙에 있으므로 길이는 약 1.8cm이다. 시간은 0.12초 이므로 순간속력은 15cm/s다.
(3) 이 경우에는 측정의 정확도가 대략 어느 정도라고 할 수 있을까?
포토게이트를 사용한 실험에서는 두 개의 게이트 사이에 구슬이 지나갈 때 시간이 정확하게 측정되므로 앞서 진행했던 실험에 비해 정확도가 높았다. 다만 레일에 포토게이트를 설치할 때 공중에 고정하여 설치해서 약간의 높낮이 차이로 인해 오차가 발생할 수도 있다고 생각한다.
Ⅳ 실험 분석 및 토론
순간속력은 시간이 0에 수렴했을 때의 값으로 실험을 통해서는 구하는 것이 불가능하다고 생각 했었지만, 두가지 방법을 통해 순간속력에 가까운 값을 구해 낼 수 있었다.
첫 번째 스마트폰을 이용한 실험은 약간의 오차가 발생했던 실험이었지만 이 실험을 통해서 스마트폰으로도 순간속력에 가까운 값을 구해낼 수 있고 정확도가 꽤 놓은 수준이라는 점을 알게 되었다. 또한 포토게이트와 같은 전문적인 도구를 사용하면 더욱 정교한 실험을 할 수 있다는 것도 비교해보니 알게 되었다. 다음 실험에서는 오차를 최대한 줄이기 위해서 실험안내서의 내용을 충분히 숙지하고, 생소한 도구의 사용법 (포토게이트) 또한 미리 공부하여 실험을 원활하게 진행하고자 한다.

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일반물리실험,   속력측정,   결과보고서