[A+] 구슬 롤러코스터 실험 예비+결과 보고서 레포트

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본문내용

지로 사라지는 대신 회전 운동에너지로 저장된다. 결국, 쇠구슬의 최종속력을 정확히 예측하는 것은 무척 까다로운 일이다.)
(6) 선택문제: 마찰 외에도, 쇠구슬이 굴러가면서 레일을 위아래로 진동시킨다면 이것 역시 에너지 손실의 원인이 된다. 쇠구슬의 운동에너지가 레일의 진동으로 빠져나가지 않도록 하려면 어떻게 하는게 좋겠는가?
- 레일이 흔들리지 않도록, 고정핀을 많이 이용하고, 선을 되도록 평평하게 제작한다.
2. 360도 회전
(1) 아래 그림과 같이 360도 회전 코스를 만든다.
(2) 레일을 이탈하지 않고 무사히 통과하기 위해서는 초기 높이 h가 얼마이어야 하는지 실험적으로 찾아보라.
- R=6.5cm로 레일을 제작하고, 초기 높이 h를 변화시키면서 실험을 진행한 결과, h=42cm일 때 어떨 때는 레일을 이탈하지 않고 통과하고, 어떤 경우는 레일을 이탈했는데 손이 공에 작용한 힘에 따라 결과가 달라진다고 여겼다. 약 h=43cm 일 때는 레일을 이탈하지 않고 무사히 통과했으므로 공은 h=43cm 이상일 때 무사히 레일을 통과할 수 있다.
(3) (2)의 초기 높이 h를 이론으로 구해보고 실험 결과와 비교해보라. (구슬의 회전 운동에너지까지 고려해서 식을 세울 수 있다면 더 훌륭하다.)
- 역학적 에너지 보존법칙에 의해 , 인데, 고리 맨 윗부분에서 수직항력이 0이라고 생각하면, 이므로, 이기 때문에, , 즉 초기높이 h는 이다. 측정한 반지름 값은 6cm이므로 이론적인 초기높이는 15cm이지만, 실제 실험한 초기 높이는 43cm이므로, 이론적인 초기 높이는 실제 실험값보다 훨씬 작다는 것을 알 수 있다.
(4) (직접 만들 필요는 없다.) 아래와 같은 형태의 레일이 있다고 상상해보자. h’ 높이는 (1)의 경우와 같고, 다만 고리의 반지름(R)만 작다. 두 가지 경우 중 어느 쪽이 완주가 더 쉽겠는가? 그렇게 생각한 이유는 무엇인가?
- 고리의 반지름이 작은 아래 레일에서 완주하는 것이 더 쉽다고 생각한다. 위에서 작성했던 내용을 토대로 본다면, 원 궤도 꼭대기에서의 구슬의 속력은 원 궤도의 반지름에 비례한다고 할 수 있는데, 아래 레일은 반지름이 더 작아서, 속력이 더 작으므로, 라는 공식을 고려해보면, 아래 레일에서 이탈하지 않고 완주하기 더 쉽다.
3. 도전
시간이 남는다면 더 복잡한 형태의 롤러코스터에 도전해보라. (이후 세미나를 위해 필요하면 사진이나 동영상을 찍어둔다.)

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