각운동량 보존실험

소개글

각운동량 보존실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

*실험의 목적과 의의
*배경이론
*실험 기구 및 방법
*실험 결과 및 논의
*결론

본문내용

over I I' + I sub motor over I
위 식에서 I, I', Imotor 가 각각 원판, 회전체, 모터의 관성모멘트이다.
- 2/ 1 결과를 I' 에 대하여 그래프를 그리면
기울기( 1 / I )가 4334.5, y절편이 -6*10-5 이므로
I = 2.3071*10-4 Kg·m2
Imotor = -1.3*10-8 Kg·m2
모터와 원판의 관성모멘트 계산 (각 가속도의 비)
(d2 1/dt2)/(d2 2/dt2) = -I/(Imotor + I')
위 식에서 I, I', Imotor 가 각각 원판, 회전체, 모터의 관성모멘트이다.
- (1/각가속도의 비)를 I' 에 관하여 그래프를 그리면
기울기( 1 / I )가 3977.7, y절편이 -6*10-6 이므로
I = 2.5140*10-4 Kg·m2
Imotor = -1*10-9 Kg·m2
회전원판의 관성모멘트 직접측정
회전원판의 각가속도(d2 /dt2) : 0.585044 /s2
원통의 반지름(R) : 0.02501 m
추의 질량(m) : 0.1 Kg
d2 /dt2 = Rmg/(R2m + I) 이므로
회전원판의 관성모멘트 I 는
I = 0.04 Kg·m2
결론
이번 실험은 다른 실험에 비해 오차가 큰 실험이였다. 지난 실험에서도 그랬듯이 닫힌계내에서의 운동을 실험하는 것이기 때문에 실험 여건상 닫힌계를 만들 수 없어 그만틈 오차가 많이 발생하게 되는 것이다.
① 가장 큰 원인은 회전 원판의 회전축에 붙어 있는 베어링의 쓸림힘이다. 이 쓸림힘 을 고려하면 회전체와 회전 원판으로 이루어진 계는 고립 계가 아니며, 따라서 계의 총 각운동량도 보존되지 않는다. 고립 계의 경우에는 정지해 있던 회전체가 일정한 각속도 로 회전을 시작하면, 회전 원판도 일정한 각속도로 반대 회전을 계속하고 회전체가 멈 추면 회전 원판도 멈추게 된다. 하지만 이 실험의 경우에는 회전체가 계속 돌아도 원판 은 결국 멈추게 되고 이때 회전체의 구동을 멈추면 원판은 처음과는 반대 방향으로 회 전한다. 이는 회전축 베어링의 쓸림힘의 영향으로 회전 원판의 각운동량이 줄어들었기 때문이다.
만약 쓸림힘이 없었다면 처음 모터로 구동력을 가했을 때 회전 원판이 반대 방향으 로 돌 것이고(이번 실험과 같은 상황) 그 다음 각 속도가 주는 일이 없을 것이다. 하지 만 이번 실험에는 쓸림힘으로 인해 회전 원판은 두가지 방향으로의 회전을 하게 되 었고 다른 각도에서 생각을 해보면 쓸림힘에 이해 정지한 시점을 기준으로 두 번의 실험을 한 것이라고도 볼 수가 있다.
② 회전체의 질량이나 반지름의 측정에서 오차가 발생해서 회전체의 관성 모멘트를 잘 못 계산했을 수 있다. 회전각이나 속도 그리고 시간 등은 컴퓨터로 측정했기 때문에 비 교적 그 오차가 적을 것이다. 하지만 회전체의 질량과 반지름은 우리들이 직접 자와 저 울로 측정한 것이기 때문에 그 오차가 클 것이다. 그리고 그만큼 각운동량이 보존되지 않는 데 영향을 끼쳤을 것이다. 이 요인은 어느 실험에서나 있을 수 있는 실험이지만 관 성 모멘트를 비롯한 대부분의 수치들이 매우 작은 값들이기 때문에 이런 사소한 측정 실 수로도 큰 오차가 발생할 수 있다.
그리고 관성 모먼트의 계산에서도 많은 오차가 있었다. 회전체들 가운데에 회전 축 이 있었다면 그것의 밀도는 분명 회전 원판과 다를 것이다. 따라서 그 경우에는 반지 름과 밀도가 다르다는 것을 고려하여 다시 부분적인 관성 모멘트를 계산해야한다. 그리 고 회전체에서도 그 회전체를 얹어 놓는 자리의 알루미늄 판 또한 계산에서 제외되었 다 . 다시 말하면 회전체에서 밀도가 다른 부분은 모두 따로 관성 모먼트를 계산해야 정 확한 결과가 나올 수 있다.

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각운동량 보존실험,   관성 모먼트,   관성 모멘트