자이로스코프 , 일반 물리실험

목차

1. 실험결과 및 분석, 토의

가. 두 개의 판으로 이루어진 회전체

나. 세차운동

다. 장동운동

4. 참고자료

본문내용

값이 된다.
따라서 세차운동율 , |B| = 62.91105 (deg/s)
실험값의 %오차를 구해보면, 3.06%로 (10%미만이므로) 상당히 정확한 측정값을 얻어냈음을 알 수 있다.
실험오차의 원인으로 생각해본 것은 각속도이다. 눈으로 관찰해야하는 한계가 있었으므로, 판을 매우 세게 돌릴 수는 없었다. 세차운동은 회전판이 가진 각운동량으로 인해 일어나는 것이므로, 각운동량이 클수록 세차운동을 더 명확히 관찰할 수 있다. 즉, 각속도가 클수록 세차운동을 쉽게 관찰할 수 있는 것이다. 앞에서와 같은 이유로 각속도를 매우 빠르게 할 수는 없었으므로 세차운동을 관찰하는데 약간의 지장을 받았다.
또, 우리는 계속 일정한 각속도를 유지하는데 한사람의 감각을 사용하였다. 한사람이 계속 판을 돌려 그 결과값(각속도)이 매번 크게 어긋나지 않고 비슷하게 측정되는 것을 이용하였다. 하지만 이렇게 감각에 의존한 것은 상당히 부정확한 측정방법이라고 생각한다. 이를 개선하기 위해선 회전판을 일정한 각속도로 돌려줄 수 있는 기계를 사용하는 방법이 제일이다.
또 생각해본 문제점은 마찰력이다. 먼저, 마찰력은 회전판과 실이 닿는 부분, 그리고 도르래와 실 사이에서 작용한다. 우리가 얻은 이론값은 마찰력을 생각하지 않았을 때이다.
추가 일정한 속도로 내려갈 때의 무게(추의)를 이용하여 운동마찰력을 구할 수 있는 방법이 있었으나, 추의 등속운동을 분별하는 것은 어려운 문제였다. 뿐만아니라, 우리가 추를 사용해 측정할 수 있는 무게는 제한적이었다. 가장 가벼운 추를 달았을 때도 등속운동을 하지 않았으므로, 우리는 운동마찰력이 거의 0에 가깝다고 추측하였다.
질량단위가 매우 작은 추를 사용해 정확한 마찰력을 구할 수 있었다면, 더 정확한 이론값을 얻을 수 있었을 것이다.
다. 장동운동
위 Data Studio 결과에서 볼 수 있듯이, 장동운동 pattern은 다음과 같은 세가지 임을 알 수 있다.
(1) Run #14, (#24, #29)
또는
세차운동이 반시계방향일 때는 앞에 모양, 시계방향일 때는 뒤에 모양임을 발견하였다. 가장 뚜렷한 장동운동을 보여주는 Run #14의 그래프를 Origin 으로 그리면 다음과 같다.
이와 같은 경우는 회전판을 돌린 후, 아무 힘도 가하지 않고 그대로 두었을 때 일어났다.
(2) Run #28, (#18)
가장 뚜렷한 장동운동을 보여주는 Run #28의 그래프를 Origin 으로 그리면 다음과 같다.
이와 같은 경우는 회전판을 돌린 후, 회전판이 세차운동 하는 방향으로 (이 경우엔 반시계방향) 힘을 가했을 때이다. 세차운동방향으로 가해진 힘은 그 방향으로 속도를 형성한다. 따라서 앞의 장동운동패턴보다 더 부드러운 곡선을 얻을 수 있다.
(3) Run #13, (#25)
가장 뚜렷한 장동운동을 보여주는 Run #13의 그래프를 Origin 으로 그리면 다음과 같다.
이와 같은 경우는 회전판을 돌린 후, 회전판이 세차운동 하는 방향의 반대로 (이 경우엔 시계방향) 힘을 가했을 때이다. 세차운동반대방향으로 가해진 힘은 그 방향으로 속도를 형성한다. 따라서 첫 번째 장동운동패턴보다 더 압축된 느낌의 곡선을 얻을 수 있다.
위의 세 장동운동에서 공통적으로 찾아볼 수 있는 점은, 세차운동을 함에 따라 장동운동의 진폭이 점점 줄어든다는 것이다. 아마도 처음 회전판이 갖고 있던 에너지가 장동운동에 쓰이면서, 점점 소모되어 진폭이 줄어들은 것이라 생각한다.
4. 참고자료
물리실험교재
대학 물리학 , Benson
네이버 백과사전
연세대학교 일반물리체험실 , http://phylab.yonsei.ac.kr/board.php?board=demo

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