[물리실험] 낙하운동과 중력가속도 측정 실험 (예비+결과레포트)

소개글

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목차

1. 실험목적

2. 이론

3. 실험기구 및 장치

4. 실험방법

5. 실험결과

6. 결과분석

7. 토의 및 건의사항

8. 참고문헌

본문내용

0574
3.03
상대오차
3.05%
2회
시간(t)
속도(v)
0
2.5
0.008
2.53
0.0156
2.67
0.023
2.74
0.0303
2.82
0.0372
2.9
0.0441
2.94
0.0509
2.99
0.0574
3.08
상대오차
4.08%
3회
시간(t)
속도(v)
0
2.5
0.0079
2.56
0.0155
2.67
0.023
2.74
0.0301
2.86
0.0371
2.9
0.0439
2.99
0.0505
3.03
0.0571
3.03
상대오차
3.48%
1, 2, 3회 데이터
1회 그래프(10.1m/s2)
실험8. 피켓 펜스 간격 : 5cm, 낙하 높이 : 30cm
1회
시간(t)
속도(v)
0
2.58
0.0187
2.78
0.0362
2.94
0.0528
3.11
0.0685
3.27
0.0835
3.4
0.0979
3.55
상대오차
0.461%
2회
시간(t)
속도(v)
0
2.53
0.0191
2.72
0.0369
2.91
0.0536
3.07
0.0696
3.21
0.0848
3.38
0.0994
3.5
상대오차
0.185%
3회
시간(t)
속도(v)
0
2.56
0.0188
2.76
0.0363
2.94
0.0529
3.09
0.0687
3.27
0.0837
3.38
0.0982
3.55
상대오차
0.661%
1, 2, 3회 데이터
2회 그래프(9.8m/s2)
6. 결과분석
얻어진 데이터의 모든 참값은 ‘g=9.8’로 가정하였다. 실험은 얼마나 9.8에 가까운 중력가속도를 측정하느냐 하는 것이었는데 조작변인을 어떻게 주느냐에 따라 종속변인이 많이 달라졌다.
가장 큰 차이를 나타낸 것은 피켓 펜스 간격에 따른 데이터이다. 간격이 2cm일 때의 데이터들은 위의 실험결과에 나타난 바와 같이 낙하 높이가 올라 갈수록 상대오차가 빠른 속도로 커지고 있지만, 간격이 5cm일 때의 데이터들은 높이가 올라가도 상대오차 값이 그리 빨리 커지지는 않았다. 또한 피켓 펜스 간격에 상관없이 높이가 올라 갈수록 상대오차는 모두 커지는 경향을 보였다.
진공 상태가 아니므로 공기 저항력도 어느 정도 실험에 영향을 줬을 것이라 생각할 수 있는데 실제로 얻어진 실험 데이터들은 모두 참값이라고 추정한 9.8m/s2에 근접하거나 더 높았다. 따라서 공기 저항력보다 훨씬 큰 다른 원인이 측정값이 커지는 방향으로 오차를 더 키웠다고 볼 수 있겠다.
7. 토의 및 건의사항
결과분석에서 알아봤듯이 간격이 5cm일 때 보다는 2cm일 때가, 낙하 높이가 낮을 때 보다는 높을 때가 더 큰 상대오차가 나왔다. 일단 피켓 펜스 간격에 따른 차이부터 살펴보면 피켓 펜스 전체의 길이가 5cm인 것은 길고 2cm인 것은 짧았다는 것에서 그 원인을 찾을 수 있다. 실험을 사람의 손으로 하다 보니 아주 정확하게 수직으로 떨어뜨린다는 것은 불가능하고 또한 피켓 펜스에 전혀 힘을 주지 않은 채 떨어뜨리는 것 역시 불가능하다. 따라서 피켓 펜스에 사람의 힘이 어느 정도 작용할 수밖에 없는데 피켓 펜스의 길이가 짧은 경우 회전 관성이 작아서 더 많이 회전하게 된다.
그림에서 볼 수 있듯이 피켓 펜스가 비스듬히 낙하하게 되면 체크되는 간격이 달라져서 측정되는 데이터도 오차가 생길 수밖에 없다. 따라서 더 많이 회전하게 되는 짧은 길이의 2cm 간격의 피켓 펜스가 더 큰 오차가 생긴 것이다.
그렇다면 이제 왜 낙하 높이가 커짐에 따라 오차가 커지는지 알아보자. 실험결과에서 보면 오차가 큰 데이터는 측정된 중력가속도 값이 참값인 9.8m/s2보다 큰 것을 볼 수 있다. 만약 낙하하는 동안 생긴 속도 때문에 공기 저항력이 생겨서 그렇다면 중력가속도 값이 더 작아야 하는데 오히려 더 큰 이유는 무엇일까. 이 것 역시 피켓 펜스가 회전했기 때문으로 생각할 수 있다. 떨어지는 순간이 길어질수록 피켓 펜스가 회전하는 각이 점점 더 커지기 때문이다.
이처럼 실험에서 생긴 오차의 대부분이 실험자의 영향에 의한 것이었다. 따라서 실험 시에 실험자가 실험의 오차에 영향을 덜 줄 수 있도록 몇 가지 기구가 더 있었다면 좀 더 정확한 실험을 할 수 있었을 것 같다. 예를 들어 실에 매달아 불로 실을 녹여 떨어뜨리는 방법을 쓴다던지 아니면 피켓 펜스를 끈에 매달아 좀 더 영향을 덜 줄 수 있게 하는 것이다.
8. 참고문헌
연세대학교 일반물리학 실험실 : http://phya.yonsei.ac.kr/~phylab/
네이버 백과사전 - 상대오차 : http://100.naver.com/100.php?id=87065

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낙하운동,   자유낙하운동,   중력가속도,   낙하시간,   가속도,   물리실험,   피켓펜스,   포토게이트