실험보고서 - newton[뉴톤]의 운동법칙

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실험보고서 - newton[뉴톤]의 운동법칙에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

례관계가 형성될 것이다.
나무토막 2개
나무토막 3개
나무토막 4개
=11.06N
=6.10N
m=2600g
n=25.48[kg*m/s^2]
=0.43
=0.23
=15.51N
=9.6N
m=3900g
n=38.22[kg*m/s^2]
=0.41
=0.25
=20.23N
=12.60N
m=5200g
n=50.96[kg*m/s^2]
=0.39
=0.24
(최대정지마찰력과 질량의 관계)
실험 후 고찰
나무블록의 무게를 늘리더라도, 밑의 면적이 같으므로, 마찰계수는 같아야 할 것이다. 그러나, 운동마찰계수는 비슷하게 나온 반면에, 정지 마찰 계수는 오차가 심하게 나왔다. 이는 우리가 실험한 나무판자가 지면이 약간 기울어져 기울어진 상태가 되어있고, 이에 따라 무게가 증가하면서 기울어진 상태가 바뀌게 되고, 정확한 수직항력값이 나오지 않는 데에 있지 않나싶다. 이러한 오차를 줄이기 위해서는 수평계를 15cm단위로 놔두어 완전한 수평을 확인하고, 실험을 여러 번하여 나온 평균값을 바탕으로 결과값을 도출하면 오차가 많이 줄어들었을 것이다. 그리고 운동 마찰력과 최대 정지마찰력이 무게가 증가할 수록 그 값이 커지는 데 이를 통해 무게와 마찰력이 관계가 있음을 알 수 있다. 그 관계를 그래프로 나타내면 위와 같은데, 실험에서 오차가 많이 발생했으므로, 그 오차를 제하면 비례관계가 있음을 유추할 수 있다.
5) 황동봉을 사용하였을 때,
나무토막 2개
나무토막 4개
나무토막 6개(예상)
=2.90N
=0.46N
m=2600g
n=25.48[kg*m/s^2]
=0.113
=0.018
=4.62N
=0.90N
m=5200g
n=50.96[kg*m/s^2]
=0.090
=0.017
=8.8N
=1.40N
m=7800g
n=76.44[kg*m/s^2]
=0.115
=0.018
- 나무블록과 실험대 표면 사이에 굴림대로 황동봉을 5개 정도 깔고 실험과정 1)~4)를 반복하여 굴림 마찰력과 굴림 마찰계수를 구하라.
예비고찰
황동봉을 깔 게 되면 질량에 비례하여 마찰력은 증가하겠지만, 봉 구조상 지면과 맞닿는 부분, 봉과 나무블록이 맞닿는 부분은 좁게 되고, 마찰계수가 작아질 것이다. 원통이나 원형의 물체가 움직일 때 등속운동을 하게 하기 위한 힘을 굴림마찰력이라 할 수 있고, 이 때 운동마찰력을 수직항력으로 나눈 것이 굴림 마찰계수가 될 것이다. 따라서 황동봉을 깔고 실험과정을 반복해 얻어낸 그래프에서 굴림 마찰력과 굴림 마찰계수를 구할 수 있을 것이다.
실험 후 고찰
나무토막 6개 짜리 실험에서는 실험을 할 때 2개와 4개 실험할 때 보다 황동봉을 더 많이 깔아 실험값이 예상과 달라져 예상값을 적었다. 2개와 4개를 보면, 오차가 미세하게 있었지만 황동봉을 사용하니, 마찰계수가 줄었다. 특히 운동마찰계수가 많이 줄었다. 이는 나무판자에서의 실험과 달리 그래프가 최대정지마찰력 이후 급격히 감소하여 거의 0에서 일정한 그래프를 보이기 때문이다. 나무토막이 6개 일 때도 황동봉 개수만 같았다면 예상값과 거의 비슷한 값이 나올 것이다.
- 이 마찰력을 미끄럼 마찰력과 비교하라. 몇 배나 차이가 나는가? 이 결과로 마찰력을 줄이기 위한 방법을 제시해 보라.
예비고찰
봉 구조상 지면과 맞닿는 부분, 봉과 나무블록이 맞닿는 부분은 좁게 되고, 마찰계수가 작아질 것이기 때문에 미끄럼 마찰력에 비해 그 크기가 작을 것이다. 마찰력을 줄이기 위한 방법으로 굴림마찰력을 이용하는 방법이 있을 것인데, 이를 이용하여 만들어 진 것인 바퀴를 이용한 이동수단을 들 수 있을 것이다. 실생활에 널리 쓰이고 사용되고 보이는 자동차, 자전거, 기차 등은 이 바퀴를 이용해 미끄럼 마찰력이 아닌 굴림마찰력으로 마찰력을 줄여 이동 속도를 빠르게 하여 우리 삶을 한결 편하게 만들어 준 것이 있다.
실험 후 고찰
마찰계수값이 황동봉을 이용할 때, 더 작은 것과 더불어, 마찰력 또한 더 작은 값을 가졌다. 약 2/3배 만큼 감소한 것을 확인할 수 있다. 이렇게 굴러가는 물체는 지면과 닿는 접촉면이 작아 마찰력을 줄일 수 있고, 마찰력을 줄여 가속도를 더 높이고 속도를 향상시킬 수 있을 것이다. 이러한 굴림마찰력을 이용하여 바퀴를 이용한 운송수단 등은 새로운 물리적 특성의 발견으로 우리 삶을 더 윤택하게 만들어준 예로 볼 수 있다.
실험 D를 마치며
이번 실험은 마찰력에 관한 실험이었는데, 오차가 많이 발생하고, 그래프도 제대로 얻기 힘들어서 실험을 많이 반복하였다. 결과 값을 분석하니, 역시나 오차가 많이 발생하였다. 그 이유로 완전한 수평이 이루어지지 않은 것, 힘 조절을 완벽하게 하지 못한 점, 공기 중의 마찰, 나무판자나 황동봉에서 역학 차와 맞닿는 점에서의 열에너지 손실 등 여러 요인이 있을 것이다. 여타 자연적인 환경은 어쩔 수 없더라도, 다른 점들은 충분히 오차를 줄일 수 있었을 것이라 보고, 결과 값을 더 좋게 도출할 수 있었을 텐데 하는 아쉬움이 많이 남는다. 황동봉을 이용한 실험이 특히나 어려웠는데, 봉에 의해 역학 차의 이동이 빨라져서 힘 조절하기가 힘들었다. 그래서 황동봉을 일정한 거리로 놓고 천천히 당기면서 여러 번 반복으로 그래프를 얻어낼 수 있었다. 결과 값을 보면, 2개와 4개, 6개 일 때 의 결과 값을 비교해 보면 오차가 발생한 것을 알 수 있다. 이 역시 앞의 오차발생 원인과 같을 것이다.
실험 4를 마치며..
이번 실험은 Newton의 제1,2,3 운동 법칙과 마찰력에 대한 것이었다. 이 3법칙은 우리 실생활에서 매우 다양하고 유용하게 쉽게 접근할 수 있는 데, 이를 실험을 통해 확인하고 분석하니 매우 흥미로웠다. 이번 실험은 여타 다른 실험에 비해 오차가 많이 수반되어서 그것을 해결하기 위한 사고를 많이 할 수 있었고, 다음 실험에서는 더욱 생각하고 대처하여 이러한 오차발생을 줄여나가도록 하겠다. 힘과 가속도, 질량의 관계가 많이 등장하였는데, 이를 통해 각 관계들에 대해 다시 한 번 습득하고, 정리할 수 있는 계기가 되었다. 힘과 가속도의 관계, 작용과 반작용, 마찰력과 같이 우리 주변에서 매우 쉽고 유용하게 찾아볼 수 있는 것에 대해 실험하여서 더욱 보람차고, 의미 있는 실험이었던 것 같다.

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