실험6 회전운동(역학4)

목차

(1) 실험 목표
(2) 예비 문제
(3) 실험장비 및 재료
(4) 실험방법 및 분석
실험 6.A 회전 운동체의 각속도, 구심가속도 및 구심력의 측정
실험 6.B 회전 운동체의 토크측정

본문내용

위치 r 값을 입력한다. 그러면 이 r값에서 측정된 힘의 데이터가 수집되어 표로 또 그래프에 1개의 점으로 나타날 것이다. 추의 위치 즉 r값을 바꾸고 "Keep"버튼을 선택하고 새로운 r값을 입력. r값을 계속 바꾸어 가면서 입력과정을 모두 거친다. 추의 위치 즉 팔길이 r값은 25cm에서 3cm씩 줄여가면서 10cm까지 측정한다. 측정 완료되면 "Stop"버튼을 반드시 선택하여 다음의 분석/측정을 대비한다. 측정된 힘은 힘 센서 위치 즉 팔의 길이가 로 고정된 상태이므로 이 측정된 힘에r0=0.3[m]을 곱하면 바로 구하는 토크의 크기 이다. r값은 반드시 단위를 m으로 바꾸고 입력한다. "Date"→"New Calculated Column"에서 새로 토크를 생성하고 측정된 힘 변수에 r0값을 곱하여 토크 크기를 구한다. r의 변화에 대한 토크 크기를 "Graph Options"에서 "y"축에 토크 크기, "x"축에 거리만을 선택하여 은 팔길이 r에 비례하는지"Proportion" fitting으로 확인하라. 이 그래프의 기울기가 추의 무게(mg)와 일치하는가? 왜 일치해야 되는가? 상대오차는?
-예상결과
: 식 (6.9) 를 통해서 토크 가 팔길이 r에 비례함을 알 수 있다. 또한 는 힘와도 비례하고 이 실험에서 힘는 중력(N=mg)과 같으므로 이 그래프의 기울기는 추의 무게와 일치한다.
3) 실험과정 1)~2)에서 측정한 결과로부터 벡터량인 토크 를 구한다. 과 의 사이각을 라고 하면 토크의 크기 가 되어 가 일 때 최대의 토크 크기가 되고, r 이 클수록 F 가 클수록 토크 크기가 크게 된다. 이번 실험은 가 인 경우이다. 2개의 토크 즉 추의 중력에 의한 토크 과 힘센서에 미치는 실의 장력에 의한 토크 의 크기와 방향을 각각 구하라. 서로 반대 방향인가? 종이 면을 뚫고 나오는 방향을 “+z”방향으로 잡았을 때 이 2 벡터의 관계 그림을 그려라(크기, 방향 및 단위를 나타내는 그림). 이 결과는 Newton 역학 제 몇 법칙을 의미하는가?
-예상결과
:작용 반작용의 법칙이 나타날 것으로 예상되므로 역학 제 3법칙을 의미할 것이라고 생각한다.
4) 실험과정 1)의 조건에서 과 의 사이각 를 바꾸면서 사이각 의존성에 대한 실험을 수행하라. 사이각 를 조정하기 위해서 추의 위치를 즉 추를 매다는 바퀴살을 바꾼다. 추의 위치 즉 팔 길이는 로 고정하고 실험하라. 사이각 는 (90도)에서 시작하여 (10도)씩 줄여 가면서 실험과정 1)~2)를 반복하라. 측정된 토크 크기 r가 에 비례하는지를 Logger Pro 3로 분석하라. 측정된 토크 크기 대 의 그래프를 그려서 분석하라. 각도의 단위는 으로 분석하라.
이상의 토크 측정 실험으로 토크 의 정의대로 팔길이 벡터 와 힘벡터 의 벡터 외적의 관계가 성립한다고 볼 수 있겠는가? 토크의 방향이 두 벡터에 각각 수직인 회전축방향 “z"방향임을 확인할 수 있겠는가?
-예상결과
:실험을 통해 얻은 그래프에서 벡터 와 힘벡터 의 벡터 외적의 관계가 성립한다는 것을 확인 할 수 있을 것이다.

키워드

회전운동,   회전 운동체,   구심가속도