구심력 측정

소개글

구심력 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적

2. 실험원리

3. 실험방법

4. 실험결과

5. 고찰

6. 결론

7. 참고문헌 및 참고 사이트

본문내용

에 오차가 많이 발생했을 것이다. 질량이 0.1963kg인 추의 경우 각속도가 34.00rad/s일 때(데이터 중 일부), 1mm의 차이가 0.2269N의 오차를 만들어 내므로 반경의 오차가 구심력의 오차를 상당히 크게 만들었다고 볼 수 있다. ()
※ 해결책 : 눈으로 반경을 측정하는 대신 좀 더 정밀한 측정 기구를 통해서 측정하는 것이 바람직하다. 그리고 자의 최소 눈금을 보다 작게 하여 자의 눈금으로 인한 오차를 줄일 수 있다.
- 스프링의 탄성계수에서도 오차가 생겼을 것이다. 보다 정확한 값을 얻기 위해서는 여러 번 측정하여 평균값을 사용하여야 하지만, 우리는 한번만 측정하였으므로 탄성계수가 정확하다고 할 수 없다.
※ 해결책 : 스프링의 탄성계수를 여러 번 측정하여 그 평균값을 사용한다.
- 물체가 회전하는 속도가 너무 빠르면 스프링이 최대로 늘어나게 되어 변화가 없는 지점까지 도달하게 되므로 이 지점 전에 측정이 이루어져야 한다. 따라서 실험데이터를 기록하기 전에 전압과 전류를 조절하여 최대 반경을 확인한 후 그 범위 내에서 실험을 해야 한다.
- 물체를 회전시키는 기계의 기계 오차도 무시할 수 없다. 물체가 회전하는 동안 포토게이트가 측정한 주기는 정확히 유지되지 못하고 소수점 3자리부터 심한 오차를 보였다. 즉 물체를 회전시키는 기계가 일정한 속도로 운동하지 못한다는 것인데, 이로 인해 각속도가 고정되어야 하는 실험에서 그렇지 못했으므로 오차가 생겼을 것이다. 이 기계가 동력으로 교류전압을 사용하기 때문에 교류전압의 진동에 따라 미세한 주기의 차이가 생기는 것 같다.
※ 해결책 : 실험을 할 때 기계의 동력으로 직류 전압을 이용하여 오차를 줄일 수 있다.
- 용수철이 수축할 때, 용수철과 막대사이에 마찰이 발생하므로 Hook's law에 의해 측정되는 구심력의 값이 작게 측정될 수 있다. 그 이유는 마찰에 의해서 변위의 값이 작게 측정되고, 때문에 구심력의 값이 작게 측정되어 항상 주기를 이용해서 구한 구심력보다 작게 측정되는 것이다.
※ 해결책 : 막대에 기름칠 등을 함으로써, 마찰을 줄여 오차를 줄인다.
6. 결 론
이 실험은 원운동 하는 물체에 작용하는 구심력을 훅의 법칙을 이용한 방법()과 각속도(주기)를 이용한 방법()의 2가지 방법을 통해 구해보고, 물체의 질량 및 궤도 반경과 구심력 사이의 관계를 알아보는 실험이다. 이 두가지 방법을 통해 다양한 실험을 해 보면서 다음과 같은 결론들을 끌어낼 수 있었다.
먼저, 궤도반경이 증가할수록 구심력이 커진다는 결론을 얻어낼 수 있었다. 이는 실험(2)의 그래프를 통해 잘 나타나있다. 또한, 구심력은 각속도의 제곱에 비례하여 증가한다는 결론을 얻을 수 있었다. 이므로, 이 결과를 통해 구심력은 주기의 제곱에 반비례하여 증가한다는 결론도 얻을 수 있다. 이외에도 질량에 따라 구심력이 어떻게 변하는가를 측정한 실험에서 구심력은 질량에 비례하여 증가한다는 결론을 내렸다. 그리고, 전압과 구심력의 관계를 살펴보는 그래프도 그려봤는데, 실험결과로 얻은 데이터들로 그래프를 그려본 결과 구심력은 전압의 제곱에 비례한다는 사실을 유추할 수 있었다. 마지막으로 Hook's Law로 구한 구심력의 크기와 주기를 이용해 구한 구심력의 크기를 비교하여 그래프를 그려보았다. 이를 통해, 원래 두 개의 구심력 값은 같아야 하나 다양한 마찰로 인해 오차가 발생하여 두 개의 값이 다르게 나왔다는 결론을 내렸다.
7. 참고 문헌 및 참고 사이트
⑴ 하이탑 물리 Ⅱ, 김종권, 이강석 / 174~176p
⑵ 물리학과 교육 실험실 : http://www-ph.postech.ac.kr/Edulab/
⑶ 그림참조 : 각주 참고

키워드

구심력,   구심가속도,   원심력,   등속원운동,   주기,   원운동,   탄성계수,   궤도반지름