[일반물리실험1] 7. 원심력

소개글

[일반물리실험1] 7. 원심력에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 과정 및 결과
3. 고찰
4. 조별 토론

본문내용

것 같다.
③ 곡선 경사로와 원심력
(1) 아래와 같이 곡선 경사로 위에 쇠구슬 1개를 올려놓는다. 회전속도를 점점 크게 하면 쇠구슬이 어떻게 움직일지 예측해보라. 쇠구슬이 경사면의 중간 부분에서 머무르도록 할 수 있을까?
회전 속도를 점점 크게 하면 쇠구슬은 경사면 위로 올라갈 것이다. ②와 달리 경사면이 곡선으로, 각 지점마다 기울기가 다르기 때문에 특정 속도에서 쇠구슬이 경사면의 중간 부분에서 머무를 수 있을 것이다.
(2) 쇠구슬의 회전 반지름 R을 변화시켜가며 그 때마다 회전속도를 예측해보고, 실제 측정한 회전속도와 비교해보라.
R(cm)
쇠구슬이 위치한 곳의 경사각()
쇠구슬이 각의 경사면에 머무르기 위해 필요한 원심력(F)
원심력(F)를 만들기 위한 회전속도
(m/s)
실제 측정한 회전속도
(m/s)
6
17
0.08
0.77
0.45
9
29
0.15
0.94
0.74
12
43
0.26
1.1
1.1
(3) 쇠구슬의 위치(R)로부터 원판의 회전속도 w를 예측할 수 있다면, 여러분은 아주 효과적인 회전속도 측정기를 갖고 있는 셈이다.
④ 마찰력 측정하기
(1) 회전 원판 위에 지우개를 올려놓고, 원판을 느리게 회전시킨다. 지우개가 원판 바깥으로 밀려가지 않는 이유는 무엇인가?
회전 원판과 지우개 사이에 마찰력이 작용하고 있기 때문이다.
(2) 원판의 회전속도를 점점 크게 하면, 지우개는 어떻게 되는가? 이 실험으로부터 지우개와 원판 사이의 마찰계수를 구해보라. 단, 원판의 회전속도를 측정하기 위해서 앞의 포토게이트/디지털 타이머를 사용하지 말고, 곡면 경사로에 놓인 쇠구슬의 위치로부터 회전속도를 구하도록 하자.
20g의 지우개를 원판의 중심으로부터 10cm 떨어진 곳에 두고 회전 속도를 점점 빠르게 했더니 지우개가 원판 밖으로 밀려 떨어졌다. 지우개가 튕겨 나가는 순간의 구슬의 위치 R은 약 7cm이고, 그 때의 경사각은 21이다. 이므로 이 되고 을 대입하여 정리하면 정치마찰계수 는 0.38이다.
(3) 선택 문제: 실험에 사용하는 지우개의 크기나 모양을 달리하면 마찰계수 측정값이 어떻게 달라질지 예상해보라.
마찰계수는 접촉하고 있는 물체의 크기나 모양에 상관없이 일정하지만, 마찰계수가 일정하게 나오기 위해서는 물체 사이의 마찰이 없어야 한다. 하지만 실제 실험에서 사용하는 물체들은 표면이 거칠기 때문에 기계적 마찰이 생겨 물체의 크기나 모양에 따라서 마찰계수 측정값이 달라진다. 따라서, 지우개의 면적이 넓거나 무거우면 마찰이 더 커지고 마찰계수도 더 크게 측정된다.
3. 고찰
각속도, 진동수, 주기 등 다양한 물리량 사이의 관계에 대해서 알아볼 수 있었다. ②번 실험을 통해서 직선 경사로에서는 원판이 특정 속도 이상으로 회전할 경우에는 쇠구슬이 중간에서 머무르지 않고 한 번에 원판 바깥쪽까지 밀려나간다는 것을 실험을 통해 알 수 있었다. 처음 예상했던 실험 결과가 도출되어 당황했지만 직접 실험을 해봄으로써 새롭게 배울 수 있는 기회가 되었던 것 같다. 또한, ③번 곡선 경사로 실험에서는 회전 반지름, 경사각을 통해 원심력과 회전속도를 구해보고 이론값과 실험으로 도출된 값을 비교해볼 수 있었다. 새로운 내용이나 공식이 포함되어있어 우여곡절을 겪었지만 조원들과 함께 협동하여 실험을 무사히 잘 마무리할 수 있었다.
4. 조별 토론
회전속도를 측정할 때, 종이를 회전 원판에 부착하여 포토게이트 센서가 종이를 인식하도록 설계했다. 종이가 공기저항에 의해 흔들리는 것을 방지하기 위해서 종이를 여러번 접어 두껍게 만들고 테이프로 단단히 고정시켰다. 원의 중심부터 포토게이트 센서까지의 길이를 알아야 했는데, 긴 자가 없어서 굉장히 당황했다. 일단 경사로 밑부분에 있는 눈금으로 길이를 재고, 따로 준비해온 실을 이용하여 사진과 같이 자의 위치를 보정했다.
②번의 (2)은 포토게이트의 frequency 모드를 사용하여 포토게이트 한 개를 이용해 포토게이트가 물체를 통과할 때 진동수를 측정하는 방법으로 실험을 진행했다. 그러나, (4)는 비교적 느린 속도로 회전하기 때문에 소수점 첫째까지 자리까지 측정되어 0값이 나오는 frequency 모드로 측정할 수 없었다. 그래서, 조원들과 토론하여 포토게이트의 interval 모드를 사용하기로 결정했다. 포토게이트를 양쪽에 두 개 설치하여 종이가 두 포토게이트를 지나는데 걸리는 시간을 측정할 수 있었다.
구슬의 초기위치 R을 측정하기 위해서 스마트폰 자를 사용하여 비교적 정확한 값을 도출해낼 수 있었다.

키워드

일반물리실험,   원심력