숭실대 1-1학기 일반물리실험1 결과리포트 모음

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숭실대 1-1학기 일반물리실험1 결과리포트 모음에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실험2. 포사체 운동
실험3. 힘의 평형
실험4. 역학적 에너지 보존
실험5. 경사면에서의 등가속도 운동
실험6. 마찰계수 측정
실험7. 단조화 운동
실험8. 관성질량과 중력질량
실험9. 선운동량의 보존

본문내용

0.1639
0.1941
0.2289
0.2603
위의 자료들을 통해서 질량과 진동수의 관계를 그래프로 표현해 보면 다음과 같다.
그래프를 분석해 보면 질량과 진동수 제곱의 역수는 비례한다는 것을 알 수 있고 이를 식으로 표현하면 이다.
실험 3) 미지의 물건의 진동수 측정
이 실험은 임의의 물건을 관성 천칭을 이용하여 진동수를 측정하는 실험이었다. 우리 조는 질량이 49g인 지우개의 진동수를 측정하였다.
질량
1차 진동수
2차 진동수
3차 진동수
평균 진동수
49g
20/5.88(횟수/초)
20/5.84(횟수/초)
20/5.80(횟수/초)
20/5.84 = 3.42
질량인 49g인 지우개의 진동수는 3.42로 나타났다.
3. 토의 및 분석
우리는 평소 질량을 잴 때 저울로 측정하기 때문에 굉장히 손쉽게 질량을 알 수 있는데 보통 질량이라고 하면 중력질량을 생각하기 마련인데 이번 실험을 통해 관성질량이란 것을 알게 되었다.
물체가 가속운동을 할 때 힘을 받게 되는데 이때의 질량을 관성질량이라 한다. 또 질력이든 관성력이든 질량에 비례하기 때문에 이 둘을 구분 짓지 않고 질량이라는 용어를 쓴다.
이번 실험은 직접 관성천칭이 움직이는 경로에 종이를 대어 그 소리를 듣고 우리가 직접 그 수를 세는 것이라 오차가 많이 났을 줄 알았지만 데이터를 정리해본 결과 오차가 미비했다. 물론 우리의 실험방법에 있어서 기발했기 때문에 이러한 결과가 나오지 않았나 싶다. MP3 플레이어에 소리를 녹음하여 스톱워치로 MP3를 여러 번 재생하여 반복했기 때문에 오차가 많이 줄어들었을 것이다. 이제 모든 실험이 막바지에 다다랐는데 그에 따라 실험을 측정하는데 어느 정도 노하우가 생긴 것 같다.
결과 리포트
선운동량의 보존
담당교수
제출일자
학과
조
학번
이름
조원
1. 실험 과정
이번 실험의 목적은 외력이 없는 두 물체 사이의 폭발이나 충돌 전후의 운동량의 보존을 살피고 이때의 에너지 손실 여부를 조사해 보는 것이었다. 운동량이 보존되는지를 확인하는 방법은 수직기로 구슬이 날아가는 방향의 기준점을 잡은 후 다음 그림과 같이 구슬을 2차원 충돌장치에서 굴려 다른 구슬과 충돌시킨 후 각각의 구슬들이 날아간 방향과 거리를 측정하여 이 벡터 값들을 합성하여 벡터삼각형을 그린 후 두 벡터 사이의 각을 구하면 운동량이 보존되는지를 확인할 수 있었다. 그리고 이번 실험은 완전탄성운동으로 가정하고 에너지도 보존된다고 생각하고 실험하였다.
특히, 질량이 같은 구슬을 충돌시켜 운동량이 보존이 된다면 이므로 약분하여 정리해 보면 이 된다. 이는 피타고라스 정리에 의해 두 벡터가 이루는 각이 90°가 되어야 하므로 이를 확인하고 질량이 다른 구슬을 충돌시키면 각이 90°가 아니므로 이를 또한 확인해 보는 실험을 하였다.
2. 실험 결과
실험 1) 기준점 찾기
이 실험은 공들이 날아갈 때 각도를 재기 위해 기준을 정하는 실험으로 2차원 충돌장치에 구슬을 올려놓은 후 충돌 없이 그냥 굴려서 떨어진 수평거리를 측정하는 실험이다.
질량이 작은 구슬은 61.8cm였고, 질량이 큰 구슬은 62.3cm로 거리가 측정되었다.
실험 2) 질량이 같은 구슬의 충돌
이 실험은 질량이 같은 구슬을 충돌시켜서 에너지가 보존되는지를 알아보는 실험이었다.
두 구슬을 충돌시켜서 각각의 구슬이 날아간 거리를 측정해 보면 24.6cm와 55cm였다. 그리고 각도는 51°와 79°로 측정되었다. 이를 벡터 삼각형으로 그려보면 다음과 같다.
질량이 같을 때 에너지가 보존이 된다면 이므로 약분하여 정리해 보면 이 된다. 그러므로 벡터 삼각형은 피타고라스 정리에 의해서 각도가 90°가 되어야 하는데 위의 벡터 삼각형에서 볼 수 있듯이 101°가 나왔다. 이는 에너지가 증가되었다는 것을 의미하는 것으로 실험에 오차가 생긴 것이었다.
실험 3) 질량이 다른 구슬의 충돌
이 실험은 질량이 다른 두 구슬을 충돌시켜서 에너지가 보존되는지를 알아보는 실험이었다.
구슬이 날아간 거리와 각도를 측정해 본 결과 질량이 큰 구슬은 30°로 30.6cm를 날아갔고 질량이 작은 구슬은 56°로 73.5cm를 날아갔다. 이를 벡터 삼각형으로 그려보면 다음과 같다.
질량이 다를 때 에너지가 보존 된다면 이 성립해야 한다. 그리고 벡터 삼각형의 모양이 직각삼각형은 아니다. 하지만 우리가 측정한 것으로 그려본 벡터 삼각형을 위의 그림과 같이 7762.58 ≠ 1872.72+5402.25 = 7274.97로 에너지가 손실된 것으로 볼 수 있다. 즉, 실험에 오차가 생긴 것이다.
실험 4) 손실 에너지
실험 2) 의 손실 에너지
손실 에너지 이므로 운동에너지를 구하기 위해선 속력을 구해야 하는데 이는 역학적 에너지보존 실험에서 배운 것처럼 구슬이 포물선 운동을 한 수평거리를 X, 높이를 H, 그리고 구슬이 지면에 도달하는데 걸린 시간을 T라 하면 구슬의 수평속도 와 X, H와의 관계는 다음과 같다.
이와 같이 구할 수 있다. 구슬의 질량은 35.7g이고 바닥으로부터 구슬이 낙하나는 지점의 높이는 84cm이므로
손실 에너지 이다.
실험 3) 의 손실 에너지
무거운 구슬의 질량은 66.5g이고 가벼운 구슬의 질량은 35.7g이다. 그리고 구슬이 낙하하는 지점에서 바닥까지의 높이는 84cm이다.
손실 에너지 이다.
3. 토의 및 분석
첫 번째 실험에서 오차가 생긴 이유는 실험할 때 전제조건이 완전탄성운동이라고 생각하고 실험 하였는데 현실에서 완전탄성운동은 존재하지 않으므로 구슬이 구르면서 내려오는 경우와 구슬끼리의 충돌에서 나는 소리 등에 의해서 에너지에 손실이 왔어야 하는 데 에너지가 증가한 것을 보아 아마도 구슬을 2차원충돌 장치에서 굴릴 때 에너지가 더해졌던 것으로 생각되었다. 그리고 두 번째 실험 또한 구슬이 장치에서 내려오는 동안 구르면서 마찰력이 작용하였고 충돌할 때 소리에너지가 발생했으며 공기의 저항 등의 영향으로 에너지가 감소한 것으로 생각되었다. 그리고 구슬이 충돌하고 날아간 위치가 실험 할 때마다 변하는 것으로 보아 구슬이 완전 구형이 아니라는 것으로 보여 졌고 구슬이 날아가는 거리도 계속 변하는 것으로 보아 처음 시작 에너지가 일정하지 않다는 것을 알 수 있었다.

키워드

포사체 운동,   힘의 평형,   역학적 에너지 보존,   경사면에서의 등가속도 운동,   마찰계수 측정,   단조화 운동,   관성질량과 중력질량,   선운동량의 보존