뉴턴역학 실험보고서

목차

1. 실험 목적

2. 기본 원리

3. 실험과정

4. 실험 데이터

5. 실험 분석

6. 토론 및 개별 의견

7. 실험을 통해 만든 문제

본문내용

은 합력을 작게 하여 가속도를 원래보다 작게 할 수 있었을거라 생각된다.
(3) 실험 도구의 설치
(i) 빗면의 sinθ값
빗면의 sinθ값을 구할 때 높이를 좀 더 정밀하게 측정하지 못 한 것이 아쉬움이 남는다. 실험 매뉴얼에는 받침대의 높이를 잰 후 두 다리 사이의 간격을 실험대에 설치된 자를 통해 빗면의 길이를 구하도록 나와 있었다. 그런데 빗면의 길이를 구할 때 눈금을 읽기가 난해하여 빗면의 길이가 100인 구간을 정해 높이 차를 다시 구했다. 그 과정에서 오차가 생길 수 있었다. 이는 gsinθ를 구할 때 오차를 크게 만들 수 있는 부분이라 나중에 다시 실험의 기회가 생기면 좀 더 정확히 해 보고 싶다.
(ii) 무마찰 실험대의 수평 여부
경사면 실험의 경우 좀 더 정확히 하기 위해 우리 조에서는 다시 빗면과 높이를 측정했다. 하지만 줄로 연결되어 도르래에 걸쳐 있는 물체의 가속도를 측정하는 실험에서는 수평을 맞춘 상태에서 바로 실험을 하게 되었는데 아주 미세한 차이가 있어 글라이더를 올려놓으면 잠깐은 정지 상태에 있다가 다시 미끄러지곤 했다. 또한 글라이더를 도르래 쪽, 공기펌프 쪽에 놓았을 때 미끄러지기 시작하는 시간이 달라서 정확한 수평 여부를 알 수 없었다. 이는 빗면 실험 결과와 같은 중력의 영향이 추가 될 수 있는 부분이라 미세하게 영향을 미칠 수 있었다고 본다. 빗면 실험과 도르래 실험에서의 오차를 볼 때 도르래 실험에서 오차가 더 크게 나타난 것으로도 도르래 실험 시 수평여부가 실험의 결과에 영향을 미쳤음을 알 수 있다.
(iii) 도르래 실험시 실험대와 실의 수평여부
우리 조는 도르래 실험에서 실과 실험대의 수평을 맞추기 위해 글라이더에 있던 고리를 사용하지 않고 깃대에 실을 걸었다. 실이 수평이 아니었다면 실의 장력이 글라이더의 운동 방향으로만 작용하지 않고 운동에 수직한 방향으로도 작용하게 되기 때문에 글라이더의 가속도가 이론값보다 작게 나올 수 있었을 것 같다. 이는 실험 결과에서도 확인되므로 타당한 분석이다.
6. 토론 및 개별 의견
[1]실험을 통해 알게 된 것
이번 실험은 뉴턴의 운동 제 2법칙 응용에 관한 실험이었다. 실험 내용은 고등학교 때 수업을 통해서, 문제를 통해서 많이 접했지만 마찰이 없는 상황을 만들 수 없어서 그저 이론으로만 알 수밖에 없었다. 이번 실험을 통해 뉴턴의 운동 제 2법칙이 실제로도 성립함을 알 수 있었다. 또한 오차 원인을 검토하다가 오차 원인이 끝없이 나오는 것을 보며 정말 사소해서 생각지도 못했던 것도 실험 결과에 큰 영향을 미칠 수 있다는 것을 알게 되었다.
[2]의문사항
(1) 무마찰 실험대는 구멍에서 공기가 나오게 해서 글라이더를 공중에 띄움으로 마찰을 없앤다. 유리판의 경우 눈으로 보거나 손으로 만져볼 때 매우 미끄러워 마찰이 거의 없을 것 같은데, 무마찰 실험대 대신 유리판을 사용하여 실험을 했다면 오차가 어느 정도 생겼을까 하는 의문이 든다.
(2) 실험 매뉴얼에 송풍의 세기를 3.5정도로 하라고 지시 되어 있었다. 우리 조는 그에 따라 계속 송풍 세기를 3.5정도로 실험을 했는데 만약 송풍의 세기를 3.5보다 크거나 작게 했을 경우 결과가 어떻게 나왔을지 궁금하다.
(3) 실험 매뉴얼에 글라이더를 놓는 곳을 에어펌프에서 먼 쪽, 가까운 쪽으로 변화시켜 보라고 나왔다. 우리 조는 시간이 없어서 계속 비슷한 장소에 글라이더를 놓아 실험하였는데, 에어펌프에서 먼 쪽에 글라이더를 두었을 때와 가까운 쪽에 놓았을 때 어떠한 결과가 나왔을지 궁금하다.
(4) 실험을 위해 수평을 맞추는 과정에서 한 부분에 글라이더를 놓았을 때 거의 수평이 맞아 좋아하면서 다른 부분에도 글라이더를 놓았는데 수평이 잘 안 맞았던 경우가 있다. 실험대가 휘었던 것인지 아니면 그 외의 원인에 의해 그런 결과가 나왔는지 궁금하다.
[3]개별 의견 및 느낀 점
이태웅 : 고등학교 때는 제대로 된 실험을 할 때 좋은 실험 기구를 사용할 수 없었을 뿐 아니라 실험도 많이 할 수가 없었다. 대학교 와서 새로운 기구들을 사용하여 실험을 하게 되어 재미있게 실험 할 수가 있었고, 실험에 따른 결과도 잘 나와서 보람 있었다.
이태윤 : 첫 실험이었는데 오차도 작고 매우 성공적이었던 것 같다. 역학의 기초인 뉴턴의 3가지 운동법칙 중 운동 제 2법칙에 대해 변인들을 직접 통제해 가면서 이론이 성립함을 실험적으로 보일 수 있었다는 것이 멋진 경험이었다. 아쉬운 점은 첫 실험이라서 실험 초반에 실험도구 찾으려고 우왕좌왕 했던 것이다. 좀 더 빠르게 움직였으면 더 많은 데이터를 가지고 정확도를 높일 수 있었을 텐데 하는 생각이 든다. 전반적으로 조원의 역할분담도 잘 되고 협동도 잘 되었으며 실험 결과도 잘 나와서 만족스러운 실험이었다.
이태주 : 이전에 접해 보지 못했던 새로운 실험 기구들을 다루면서 사용 방법에 약간의 애로 사항이 있었다. 도구를 다루는 방법에 따라 실험 결과에 영향을 줄 수도 있으니, 기본적인 과학 실험 도구들을 더 잘 다룰 수 있도록 사용법을 반드시 숙지해야겠다.
이태훈 : 원래 어려서 부터 실험기구 만지는 것을 좋아 했었는데, 중, 고등학교 실험기구보다 더 다양한 것들을 만져볼 수 있어서 너무 좋았다. 특히 무마찰 실험대나 Segye Photogate Timer 같은 실험기구는 정말 생소한 것이라 실험시간 내내 즐거웠다. 남은 실험에서 만지게 될 실험기구가 기대된다.
이현승 : 고등학교의 교과과정에서는 제대로 된 실험기구들이 제공되지 않았기에, 큰 오차 때문에 흥미를 잃기 십상이었다. 그래서 이번 첫 물리실험에서 오차를 최소화하기 위해 많은 노력을 했고, 나름대로 만족스러운 결과가 나왔기에 끝까지 최선을 다해 실험에 임할 수 있었다. 또한 매뉴얼이 상당히 구체적이었기 때문에 조금 더 쉽게 실험에 임할 수 있었던 것 같다.
7. 실험을 통해 만든 문제
문제> 위와 같은 상황에서 두 물체의 가속도를 구하라. (단, 빗면의 마찰과 공기의 저항은 무시한다.)
풀이> 위 문제의 상황은
와 같이 힘을 표시 할 수 있다.
질량 M인 물체가 받는 힘과 질량 m인 물체가 받는 힘을 나누어 생각 해 보면
여기서 이므로
가 된다.

키워드

뉴턴의 운동 제 2법칙,   뉴턴역학,   등가속도 운동