[물리학실험] 2차원 운동[Two Dimentional Motion]

목차

1. 실험제목
2. 실험일시
3. 실험목적
4. 실험내용 및 실험과정
1) 등속도 운동
2) 등가속도 운동 (중력가속도 측정)
3) 선운동량 보존 (탄성충돌)
4) 비탄성 충돌
5. 실험 결과 및 결론
1) 등속도 운동
2) 등가속도 운동 (중력가속도 측정)
3) 선운동량 보존 (탄성충돌)
4) 비탄성 충돌
6. 오차 보정
7. 느낀점

본문내용

:
선운동량은 보존되므로 위의 식을 만족하게 되는데, 이 식은 처음에 두 퍽이 이루는 각이 90도일 때만 적용시킬 수 있기 때문에 우리가 한 실험에 바로 적용시킬 수는 없었다. 3회에 걸친 시도에서 3번째 시도는 거의 90도에 가까워 이는 교재에 나온 식을 적용시키고 1, 2회 실험은 조원들과 상의하여 식을 다시 세웠다. 아래 그림을 참조하면 된다.
선운동량은 보존되므로,
가 성립한다.
1회
2회
충돌 후 두 퍽의 각도
30.9
31.8
오차(%)
35.2
40.3
1회
2회
충돌 후 두 퍽의 속도
101.54
91.82
오차(%)
14.3
22.7
이제 를 이용하여 를 구하고 를 이용하여 충돌 후 속도 V의 이론값을 구한 뒤 실험값과 비교하자.
3회째의 실험은 교재에 나온 식을 이용하자.
에 3회째 실험 데이터를 대입하자.
이론값은 =89.92, V=44.41 이 나오며 오차는 각각 3.24%, 21.59% 이다.
이제 충돌 전후의 운동에너지를 비교하여보자. 비탄성 충돌이므로 충돌 후의 운동에너지가 보존되지는 않는다.
충돌 전 운동에너지 :
충돌 후 운동에너지 :
에너지 감소율 :
충돌 전 운동에너지
충돌 후 운동에너지
에너지 감소율(%)
1
3.7761
2.0876
44.71
2
2.8175
1.7900
36.47
3
2.7860
0.8042
71.13
6. 오차 보정
이론적으로는 이전의 자이로스코프에 비해 매우 친숙함에도 불구하고 많은 오차가 발생했다. 네가지 실험 모두 다음의 공통적인 오차의 원인이 있었다. 먼저 테이블의 수평을 육안으로 맞추었기 때문에 어느정도 오차가 생길 수 있다. 또한 모눈종이와 먹지도 완벽한 수평은 아니었다. 무마찰의 환경을 만들기 위해 공기펌프를 쓰기는 했지만, 이도 마찰을 완벽하게 차단하지는 못했다. 그리고 우리 실험조는 타점이 일정하게 찍히지 않아서 굉장히 애를 먹었다.
1) 등속도 운동
대체적으로 등속 운동을 하였으나 완전히 정확하진 않았는데 이는 위에서 말한 것처럼 무시할 수 없는 마찰력의 영향이 있었기 때문으로 생각된다. 진공상태에서 실험을 하지 않는 이상 미미한 오차는 피할 수 없을 것이다.
2) 등가속도 운동 (중력가속도 측정)
질량이 작은 쪽이 오히려 오차가 적었는데, 이는 질량이 작은 쪽이 마찰이 좀 더 적었기 때문으로 생각된다. 타점이 크기 때문에 생긴 오차도 있다. 좀 더 주파수를 올려서 실험하고 여러번 실험한다면 오차를 줄일 수 있을 것이다. .
3) 선운동량 보존 (탄성충돌)
3,4번 실험이 까다로웠다. 공기펌프가 있지만 분명 마찰이 있고 육안으로 실험데이터들을 측정하는 과정에서 오차가 발생한 것으로 보인다. 타점이 정확히 찍히지 않아 조원 모두 애를 먹었다.
4) 비탄성 충돌
비탄성 충돌은 가장 오차가 컸던 부분이다. 일단 두 퍽을 90도로 맞추어 충돌시키는 것이 매우 힘들었기 때문에 실험 결과 분석시 어려운 점이 많았다. 비탄성 충돌용 지그에서 손실된 에너지도 오차의 원인 중 하나로 여겨진다.
8. 느낀점
이번 실험을 수행하면서 저번 자이로스코프보다는 훨씬 수월할 것으로 생각했었는데 실험데이터를 처리하면서 조원 모두 난관에 봉착한 적이 많았다. 정량적인 실험을 수행하다보니 우리가 이미 예상한 실험결과와 차이가 크자 실험 결과 분석에서 이를 적용하는데 어려움이 있었다. 특히 비탄성 실험 부분이 가장 힘들었다. 우리 실험 조 테이블의 타점이 제대로 찍히지 않아서 매번 실험장비를 다시 세팅하느라 생각보다 시간도 많이 걸렸다. 그러나 그동안 이론적으로만 알고 있던 실험을 눈으로 확인해보니 오차가 크긴 하지만 나름 뿌듯하다. 다음 실험에선 좀 더 오차를 줄일 수 있도록 노력하겠다.

키워드

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