[일반물리실험] General Physics Laboratory < 4 . Two-Dimensional Motions >

목차

Title
Abstract
Introduction
Theoretical background
실험1: Linear motion in constant velocity
실험2: Linear motion in constant acceleration
실험3: Collision of two objects
Methods
실험1: Linear motion in constant velocity
실험2: Linear motion in constant acceleration
실험3: Collision of two objects
Results
실험1: Linear motion in constant velocity
실험2: Linear motion in constant acceleration
실험3: Collision of two objects
Discussion & Conclusions
실험1: Linear motion in constant velocity
실험2: Linear motion in constant acceleration
실험3: Collision of two objects
References

본문내용

같은 데이터를 얻을 수 있다.
이 때 그래프의 추세선에서 알 수 있듯이 Puck이 갖는 가속도는 - 정도의 크기를 가지므로 마찰이 무시할만한 등속직선운동 실험이 되었음을 알 수 있다. 이 때 갖는 가속도는 Air Table이 완벽히 마찰을 없애는 방안이 아니라 마찰을 작게 하는 역할을 하기 때문에 약간의 마찰력에 의해서 물체의 속도가 감속되는 결과를 가져오게된 것으로 생각된다.
평균값
속도(cm/s)
x속도(cm/s)
y속도(cm/s)
이론적속도(cm/s)
오차율(%)
실험1
46.52588
-9.29642
45.58752
46.52574
0.000284
실험2
53.75733
-4.36288
53.57975
53.75708
0.000459
실험3
37.01879
0.454099
37.01477
37.01755
0.003332
또한 시간 [0.3 , 분석종료시간]에서 평균 속도, 평균 x속도, 평균 y속도를 분석한 결과는 위 표와 같다. 표에서 알 수 있듯이, 각각의 속도성분들과 속도는 비교적 일정하였으며, 이론적인 수식 을 통해 이론적 속도와 실험을 통해 구한 평균 속도를 비교해본 결과 오차율이 극히 작아, 수식 가 잘 성립됨을 알 수 있다.
실험2: Linear motion in constant acceleration
이론적으로, 경사진 평면에서 직선 운동하는 물체에 대해 (=y축 방향 이동거리, =y축 가속도, =시간)가 성립한다. 그러므로, 우리가 구한 데이터를 이용해 얻어낸 추세선의 기울기는 를 의미한다. 이를 통해 다음과 같이 가속도를 정리해 볼 수 있다.
각도(도)
2차항계수
가속도(cm/s2)
이론값(cm/s2)
오차율(%)
11.5
95.581
191.162
195.3805757
2.159158
15
121.65
243.3
253.6426642
4.077652
15.5
130.53
261.06
261.8936086
0.3183
25
207.26
414.52
414.1658965
0.085498
위 표와 같이 오차율이 5% 미만으로 작았으며, 이를 통해 우리는 경사진 평면에서 운동하는 물체에 대해 가 잘 성립함을 알 수 있다. 위 표에서 우리는 대체로 각도가 클수록 적은 오차율을 보이는 것을 알 수 있다, 이는 물체가 보다 빠르게 운동하므로 마찰력에 영향을 받는 시간이 짧아져서 보다 마찰이 없는 평면으로 근사가 가능하기 때문인 것으로 생각된다. 오차 원인으로는 Air table의 공기가 나오는 구멍이 정해져 있고, 이 주입되는 공기에 의해 물체의 운동이 영향을 받게 되었기 때문일 수 있다.
실험3: Collision of two objects
을 이용하여, 각각의 Puck1과 2에 대해 x축 운동량과 y축 운동량을 충돌 전후를 비교하여 계산하였다. 이 때 실험 시 필기해 둔 각 물체의 운동방향을 통해 부호를 결정하여 계산하였다. 만일 그림4와 같은 충돌 상황이라면, x축과 y축의 운동량은 다음과 같이 구할 수 있다.
다음의 네 그래프의 적색선과 청색선은 각각 충돌 실험에서의 물체 1, 물체 2의 운동경로를 나타낸다.
X축운동량
Y축운동량
전
후
전
후
실험1
-2.55461
-0.37045
0.272292
-1.75147
실험2
-7.07218
-8.91167
7.484118
3.498402
실험3
2.095877
1.413043
0.049202
0.557696
실험4
-2.07945
-2.38236
18.15129
17.87107
표에서 알 수 있듯이 각 실험에서 x,y축의 선 운동량이 보존되지 않는 것을 알 수 있다.
Ex3에서 위 식을 이용하여 를 모르는 값으로 가정하고 구해보면,
이때 오차율은 66.1365%이다.
이러한 오차의 원인으로는, 실험3에 앞선 실험1과 실험2에 비해 다양한 실험 오차원인이 존재하기 때문인 것으로 생각된다. 실험2가 끝나고 경사지게 두었던 Air table을 바로 놓는 과정에서 Table을 자체에 기울기가 생겨 물체의 운동에 영향을 주었을 것으로 생각되며, 물체를 충돌시키기 위해 손으로 힘을 주는 과정에서 회전 에너지가 발생하였기 때문에 운동량이 보존되지 않게 되었을 것이다. 또한, Air table의 공기가 나오는 구멍이 정해져 있기 때문에 주입되는 공기에 의해서도 오차가 생겼을 것이다. 또한 충돌 시 발생하는 소리, 열 등으로 에너지가 변환되면서 손실 되었을 것이다.
References
- General Physics Laboratory I
- Fundamentals of Physics, Halliday

키워드

일반물리실험,   Two-Dimensional Motions ,   General Physics Laboratory