[한양대 에리카 A+]일반물리학실험1 뉴턴의 법칙

소개글

[한양대 에리카 A+]일반물리학실험1 뉴턴의 법칙에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 이론
2.1 뉴턴의 제 1법칙
2.2 뉴턴의 제 2법칙
2.3 뉴턴의 제 3법칙
2.4 장력

3. 실험 방법

4. 분석 및 토의

5. 실험 결과

6. 과제용 질문 해결
6.1 도르래와 카트를 연결하는 실의 기울기를 수평으로 맞추는 이유
6.2 추와 추걸이를 도르래에 걸리지 않도록 하는 이유
6.3 센서에 너무 강한 힘을 가하면 안되는 이유

7. 참고 문헌

본문내용

그램을 시작한다.
⑤추와 추걸이의 질량을 10g부터 60g까지 바꾸면서 6번의 가속 도와 힘을 구한다. 이를 통해 힘 센서와 카트의 질량을 구한다.
3.2.2 실험 2. 뉴턴의 제 3법칙
①두 힘 센서의 연결 고리를 실로 연결한다.
②힘 센서, 전원 및 연결 케이블을 science workshop에 연결한 다.
③컴퓨터 프로그램을 실행한 후 힘 센서의 tare 버튼을 누르고 data studio 프로그램을 시작한다.
④두 힘 센서를 수평하게 당긴다.
⑤두 힘 센서에 가해진 힘을 구하고 이 과정을 4번 반복한다.
⑥전 회차의 각각의 힘 센서에 걸린 힘의 평균을 구하고 두 값 을 비교한다.
5. 분석 및 토의
뉴턴의 제 1법칙은 알짜힘이 0이라면 물체는 현재의 운동 상태를 지속한다는 것이다. 뉴턴의 제 2법칙 실험에서 힘을 보면 추의 질량이 증가할수록 힘과 가속도가 증가한다는 것을 확인할 수 있다. 측정을 통해 구한 기울기 값은 0.388이 뜻하는 것은 실험적으로 구한 카트와 힘 센서의 질량이다. 이때 단위는 kg이므로 실험을 통해 구한 카트와 힘 센서의 질량 합은 388g이다. 실제 카트와 힘 센서의 질량은 각각 267g, 86g으로 질량 합은 353g이다.
이를 통해 구해낸 오차는 9.92%이다. 이와 같은 오차가 발생한 이유는 카트와 트랙 사이에 발생하는 마찰력을 무시할 수 없기 때문이다. 또한 공기 저항에 의해 오차가 발생했을 것이다. 마찰에 의한 오차를 줄이기 위해 윤활유를 사용하는 것이 좋다. 위와 같은 값을 대입하여 F=ma 공식을 사용하였을 때 뉴턴의 제 2법칙이 성립한다는 것을 실험적으로 확인할 수 없었다. 뉴턴의 제 3법칙의 관점에서 본다면 잡아당기는 두 힘의 크기는 같고 방향이 반대이다. 실험에서는 3번째 시도에서만 두 힘의 크기가 다르게 나왔다.
위의 식을 통해 구한 두 힘의 평균을 비교해보면 방향은 반대이지만 힘의 크기가 같지 않다는 것을 확인할 수 있다. 다만, 3번째 시도를 제외한다면 뉴턴의 제 3법칙을 실험적으로 확인할 수 있다.
6. 실험 결과
실험을 통해 알아낸 결과는 물체의 가속도는 물체에 가한 힘의 크기에 비례하고 물체의 질량에 반비례한다는 것이다. 또한 한 물체가 다른 물체에 힘을 가하면 뉴턴의 제 3법칙에 의해 반대로 힘을 가한 물체 역시 같은 크기의 힘을 반대 방향으로 받게 된다.
7. 과제용 질문 해결
7.1 도르래와 카트를 연결하는 실의 기울기를 수평으로 맞추는 이유
수식 5에 의해 프로그램에서 나타내는 가속도-힘 그래프의 기울기가 나타내는 것이 카트와 힘 센서의 질량 합이라는 것을 알 수 있다. 이때 실의 기울기를 수평으로 맞추지 않으면 장력의 방향이 달라지기 때문에 수식 5를 실험에 대입할 수 없다. 따라서 도르래와 카트를 연결하는 실의 기울기를 수평으로 맞추어야 한다.
7.2 추와 추걸이를 도르래에 걸리지 않도록 하는 이유
추와 추 걸이가 도르래에 걸리게 되면 실이 팽팽하게 되지 않고 느슨해져 장력을 측정하는 데에 오차가 발생하기 때문에 추와 추 걸이를 도르래에 걸리지 않도록 하고 실험을 진행해야 한다.
7.3 센서에 너무 강한 힘을 가하면 안 되는 이유
힘 센서를 사용할 때 가하는 힘이 50N을 넘기지 않도록 유의해야 한다고 실험 영상에 나와있었고 너무 강한 힘을 주면 힘 센서에 영향을 주기 때문에 실제 측정값에 오차가 발생할 수 있다.
8. 참고 문헌
-일반물리학실험/한양대학교-물리학교재연구실 편/제 4판/55~61pages/뉴 턴의 법칙
-일반물리학/개정 10판/JEARL WALKER 외 2명/108~114, 121~124pages /뉴턴의 제 1 및 제2 운동법칙, 특별한 힘, 뉴턴의 법칙 이용

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