[한양대 에리카 A+]일반물리학실험1 물리진자

소개글

[한양대 에리카 A+]일반물리학실험1 물리진자에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 이론
2.1 평행축 정리
2.2 단순조화운동
2.3 단진자
2.4 물리진자

3. 실험 방법
3.1 실험 장치
3.2 실험 방법

4. 분석 및 토의

5. 실험 결과

6. 과제용 질문 해결
6.1 단진자 운동과 물리진자 운동의 주기식이 다른 이유
6.2 진자의 무게를 무겁게 해야 하는 이유
6.3 진자의 길이를 길게 해야 하는 이유

7. 참고 문헌

본문내용

및 좌표계를 설정한다.
③물리 진자의 길이를 측정하고 진폭을 너무 크게 하지 않도록 유의한 후에 촬영을 한다.
④저장된 파일을 분석하여 주기를 구한다. 프로그램을 통해 y축과의 각도를 구한다.
⑤수식 10과 수식 12를 통해 주기를 구하고 오차를 확인한 후 오차 원인을 분석한다.
5. 분석 및 토의
반경이 1.9cm이고 질량이 178.4g인 진자를 통해 실험을 진행하였다. 진자의 평균 길이는 49.75cm이다. 진자 실험을 진행할 때에 진자의 진폭을 너무 크게 하지 않도록 유의해야 한다. 실험에서의 측정 주기는 1차 최대점에서의 시간을 3차 최대점에서의 시간에서 빼면 구할 수 있다. 주기의 이론값 T1은 수식 10을 통해 구하고 보정 주기 T2는 수식 12을 통해 구한다.
실험 2의 경우 실험 1에서 진자의 길이만 다르게 하고 실험한다. 실험 2에서는 진자의 반경은 1.9cm이고 진자의 질량은 178.4g이다. 진자의 평균 길이는 43cm이다. 실험 2에서도 실험 1과 마찬가지로 진폭의 크기를 너무 크게 하지 않도록 유의해야 한다.
실제 측정 주기가 값보다 크게 나오는 것을 확인할 수 있다. 이러한 오차가 발생한 이유는 진자 운동을 할 때에 공기저항이 발생하여 실험에서 진자의 주기를 측정하는 데 영향을 주었기 때문이다. 또한 진자의 길이를 측정할 때에 질점에서부터의 거리를 잰 것이 아니라 진자가 매달려있는 실의 길이만을 쟀기 때문이다. 실험에서 진폭의 크기를 너무 크게 하지 않도록 유의해야 한다. 그 이유는 θ가 충분히 작은 경우 θ를 sinθ로 근사하는 데 θ의 값이 커지면 sinθ의 값과 크게 차이가 나 오차가 크게 발생하기 때문이다. 또한 를 구하는 수식 12에서 는 θ에 비례하므로 보정 주기 값과 측정값의 차이가 커져 오차가 증가한다. 그러나 진폭이 너무 작은 경우에는 진자를 매단 부분에서의 실의 복원력의 영향이 지배적이고, 운동 반경이 너무 작아져 프로그램에서의 색상인식 오차로 인한 측정 오차가 커지게 된다. 또한 진자 운동을 촬영할 때에 뒷배경을 흰 배경 또는 진자의 색과 뚜렷이 구별되는 배경을 사용하지 않으면 프로그램이 진자를 인식하지 못해 실험이 제대로 진행되지 않으므로 이에 의해 오차를 줄이기 위해 뒷배경을 사용하는 것이 좋다. 진자 운동을 할 때에 진자가 한 평면상에서 움직이도록 해야 하는 데 완벽하게 평면상에서 운동하기는 어렵다. 따라서 진자는 3차원에서 운동을 하게 된다. 주기 식은 2차원 운동을 기준으로 하여 만들어졌기 때문에 3차원이 고려되지 않아 오차가 발생하였다. 오차 원인을 줄이기 위해 색상 인식이 쉽게 되도록 뒷배경을 사용하거나 마찰에 의한 오차를 줄이기 위해 윤활유를 사용하는 것이 좋다. 또한 진자의 단면적이 클수록 공기저항이 증가하기 때문에 공기 저항을 줄이기 위해 진자의 단면적을 너무 크게 하지 않는 것이 좋다.
6. 실험 결과
단진자 운동의 경우 주기는 질량에 무관하여 진자의 길이에 따라 달라진다. 물리 진자의 경우 진폭 및 크기를 보정한 주기의 식이 측정한 주기값과 오차가 적다. 즉, 실험에서의 운동은 단진자 운동보다는 물리 진자의 운동과 유사하다.
7. 과제용 질문 해결
7.1 단진자 운동과 물리진자 운동의 주기식이 다른 이유
단진자 운동에서는 물체의 질량을 점질량으로 여긴다. 즉, 물체의 질량을 무시한다. 물리 진자의 경우에는 물체의 부피를 무시할 수 없다. 물리 진자 실험에서는 관성 모멘트가 생긴다. 따라서 물체의 질량을 무시하고 만든 단진자 운동 주기식과 관성 모멘트를 고려한 물리 진자의 주기식은 다를 수 밖에 없다.
7.2 진자의 무게를 무겁게 해야 하는 이유
진자의 무게는 진자의 운동에 영향을 주게 된다. 진자의 무게가 무거워야 진자의 운동이 천천히 진행되기 때문에 오차를 줄일 수 있다. 따라서 진자의 무게를 무겁게 해야 하는 이유는 진자의 운동이 천천히 진행시키기 위함이다.
7.3 진자의 길이를 길게 해야 하는 이유
실험을 진행할 때에 진자의 진폭을 작게 해야 한다. 하지만 진폭을 작게 하면 진자의 이동거리가 짧아지기 때문에 진자의 운동을 파악하기 쉽지 않다. 따라서 진자의 길이를 길게 하여 진자의 이동거리를 길게 하야 진자 운동을 잘 파악하기 위함이다.
8. 참고 문헌
-일반물리학실험/한양대학교 - 물리학교재연구실 편/제 4판/103~107page /물리진자
-일반물리학/개정 10판/JEARL WALKER 외 2명/310~312, 494~497pages /회전관성 계산하기, 단진자, 물리진자

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