강체의 회전(자이로스코프) 실험 자료 및 OHP 자료

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강체의 회전(자이로스코프) 실험 자료 및 OHP 자료에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실험 1:세차운동
1).목적
2).이론
3).실험 방법

실험 2.서로 반대로 회전하는 판에 대한 관찰
1).목적
2).설치
3).실험 방법

실험 3: 세차운동 관찰
1).목적
2).실험 방법

실험 4.장동 운동
1).목적
2).실험 방법

본문내용

추를 조절한다.
2.지지대의 끝에 무게를 더한다.
3.디스크를 돌린다. 그 후 자이로스코프를 30도 각도로 기울인체 놓아둔다.]
4.그 결과 나타나는 장동운동은 A와 같은 모양이 될 것이다.
5.같은 각도에서 자리로를 놓아주되 놓아줄 때 세차운동 방향으로 힘을 주어 민다.
6.그 결과 나타나는 장동운동은 B와 같은 모양이 될 것이다.
7.,같은 각도에서 자리로를 놓아주되 놓아줄 때 세차운동과 반대방향으로 힘을 주어 민다.
8.그 결과 나타나는 장동운동은 C와 같은 모양이 될 것이다.
9.이런 장동운동을 디스크의 각속도와 각도를 달리해보면서 관찰한다.
실험 1:세차운동
※세차운동이란?
회전축 방향을 변화시켜주는 방향으로 회전체에 토크가 적 용될 때 일어나는 운동 행태
필요한 기구 및 장치
1).목적:
2).이론
자이로스코프가 처음에 수평으로 균형이 잡혔고, 또한 판이 각속도(ω)로 돌고 있다고 설정하자. 지지축의 끝에 질량 m인 물체를 매달므로 인해 자이로스코프에 토크가 적용된다. 이 토크로 인해 자이로스코프가 어떤 각속도 를 가지고 세차운동을 하게된다.
tau ~~=~mgd~~=~ { dL} over {dt }~=~L{d phi}over{dt}
(dL=Ld 매뉴얼 7p)
= L (
d phi/dt~=~Omega
)
여기서 회전운동이므로 각운동량 L은 회전 관성모멘트와 각속도로 표현하면
L=I omega
( 원운동에서 L= mvr = m(r )r = mr = I )
Omega~=~{mgd}over{I omega}
I는 원판의 관성모멘트값이다. 그 값을 구하기 위해서는 토크를 판에 주고 각가속도를 측정한다.
= Iα ( = (mrα)r = mr α = Iα )
( α= a/r , v=rω의 양변을 시간에 대해 미분)
tau~=~rF
Sigma F~=~mg~-~F~=~ma
F=m(g-a)
= Iα = rF = rm(g-a)
가속도
a
는 정지상태로부터 높이
y
에서 물체를 떨어뜨린 후 시간을 측정하면 된다.
a~=~{2y}over{ {t }^{2 }}
3).실험 방법
Part 1:Measuring the Precession Rate
1.우선 자이로스코프가 평형을 유지하도록 추를 조정한다.
2.지지대의 끝에 질량 m을 가진 물체를 매단다.
3.거리 d를 측정하고 표에 기록한다.
4.자이로스코프를 잡고있는 동안에는 세차운동을 하지 않는다. 이때 매초당 판이 2회전할 수 있도록 돌린다. 그리고 판이 10회전하는 시간을 측정한다.
5.자이로스코프를 놓으면 세차운동을 시작하는데 이때 자이로스코프가 2번 회전하는 시간을 측정하여 세차주기를 얻는다.
6. 다시 판이 10회전하는 시간을 측정한다.
이유: 세차운동하는동안의 각속도의 평균값을 구하기 위해서.
더할 추의 질량
거리 d
10회전하는 데 걸리는 시간 (처음)
세차하는 데 걸리는 시간(2회)
10회전하는 데 걸리는 시간 (끝)
Part2. Measuring Quantities For the Theoretical Value
1.운동 마찰려과 같은 질량을 알아내기 위해, 일정한 속도로 떨어지는 충분한 무게를 가진 물체를 도르래에 매단다. 그런 후 그 질량값을 표에 기록한다.
원판의 가속도 측정
1.가속도를 구하기 위해 30g정도의 물체를 도르래 위에 놓는다. 실을 감고 물체가 탁자로부터 바닥으로 떨어지도록 하고 그 시간을 측정한다. (가속도 측정)
2.이 실험을 5회 반복한다. 주의: 언제나 일정한 높이일 것.
3.이 높이를 측정한다.
버니아켈리퍼스를 이용하여 실이 감겨 있는 풀리의 반경을 측정한다.
마찰 질량값
걸린 추의 질량
높이 h
풀리의 반경
시간의 평균값
1. 가속도를 구한 뒤 표에 기록한다.
2. 관성 모멘트 값을 구한다.
3. 평균 각속도 값을 구한 뒤 표에 기록한다.
4. 세차하는 데 걸린 시간으로 세차주기를 계산한 뒤 표에 기록한다. Ω=2π/T
5. 세차 주기의 이론값을 계산해 표에 기록한다.
6. 세차 주기의 실험값과 이론값 사이의 차이를 구해 백분위로 나타낸다.
가속도
관성 모멘트
판의 평균 각속도
세차 주기의 실험값
세차 주기의 이론값
백분위차이 (실험값/이론값)
실험 2.서로 반대로 회전하는 판에 대한 관찰
1).목적
2).설치
1. 풀리가 바깥쪽을 향하도록 디스크를 하나 더 삽입후 고정
2. 평형추를 달아 평형 조절.
3. 길이 1m의 실을 2개 자른 후 한 쪽은 펜에, 다른 한 쪽은 고리를 만들어 풀리의 고리에 연결시킨다.
3).실험 방법:
1.손으로 두 원반을 같은 방향으로 돌리고 자이로스코프가 세차운동하지 않는 것을 보아라.
2.대의 끝에 추를 더하고 나사를 잠근다. 토크, 비로소 세차운동을 하게된다.
3.원반을 멈추고 두 원반의 회전 방향을 반전시키고 자이로스코프가 반대방향으로 세차운동하는 것을 보아라.
4.각 원반의 방향을 반대로 동일한 각속도로 회전시키면 비록 자이로에 토크가 적용되어도 세차운동을 하지 않는다는 점을 안다. ( 회전시키는 방법은 펜을 이용한다.)
실험 3: 세차운동 관찰
1).목적 :
2).실험 방법
1.자이로스코프를 평형이 유지되도록 조절한다.
2.지지대의 끝에 무게를 더한다.
3.디스크를 회전시켜서, 세차운동을 하게 한다.
4.손으로 수직 지지대를 잡음으로써 세차운동의 속도를 줄이거나 못하게 한다. 그러면 판은 떨어질 것이다.
5.이번엔 수직 지지대를 세차운동과 같은 방향으로 회전시키면 판은 올라가게 된다.
실험 4.장동 운동
1).목적:
2).실험 방법:
1.자이로스코프가 균형이 맞을 때까지 평형추를 조절한다.
2.지지대의 끝에 무게를 더한다.
3.디스크를 돌린다. 그 후 자이로스코프를 30도 각도로 기울인체 놓아둔다.
4.그 결과 나타나는 장동운동은 A와 같은 모양이 될 것이다.
5.같은 각도에서 자리로를 놓아주되 놓아줄 때 세차운동 방향으로 힘을 주어 민다.
6.그 결과 나타나는 장동운동은 B와 같은 모양이 될 것이다.
7.,같은 각도에서 자리로를 놓아주되 놓아줄 때 세차운동과 반대방향으로 힘을 주어 민다.
8.그 결과 나타나는 장동운동은 C와 같은 모양이 될 것이다.
9.이런 장동운동을 디스크의 각속도와 각도를 달리해보면서 관찰한다.

키워드

강체,   회전,   자이로스코프,   세차운동,   장동운동