[물리학실험] 시지프스의 고민

소개글

[물리학실험] 시지프스의 고민에 대한 보고서 자료입니다.

목차

물리학실험 - 시지프스의 고민


『 서 론 』

Ⅰ.실험의 목적

Ⅱ.배경이론


『 본 론 』

Ⅰ.실험 장치

Ⅱ.실험 방법

Ⅲ.실험 결과

Ⅳ.결과 분석과 토의

본문내용

오히려 작은 값이 측정되었다. 쇠 공에 대한 실험에서는 역학적 에너지가 증가하는 것처럼 보이는 실험 결과가 나온 것이다. 이 원인은 무엇일까? 우선적으로 쇠 공이 궤도에서 부분적으로 미끄러졌기 때문으로 예상하고 (2)번 식과 같이 제돌기 운동을 전혀 가정하지 않은 상태에서 이론적인 예상값()를 다시 구해 보았다. 그 결과는 다음과 같다.
실험1
실험2
실험3
실험4
실험5
실험6
실험적인 측정값( )
324.1ms
316.2ms
255.0ms
232.6ms
232.7ms
193.3ms
이론적인 계산값()
260.3
262.3
224.5
201
201.2
167.5
두 값의 비율()
1.25
1.21
1.14
1.16
1.16
1.15
<쇠 공에서 실험적인 측정값( )과 이론적인 계산값()의 비교>
제돌기 운동을 제외한 것은 잘못된 가정이지만, 이를 통하여 역학적 에너지가 보존됨을 확인 할 수 있었다. 실제 측정값이 예상치()보다 크게 나온 것은 쓸림과 제돌기 운동의 영향때문이라고 할 수 있다.
여기서 고무공과 쇠 공에 작용하는 쓸림힘에 대하여 알아보기 위하여 다음과 같은 보조 실험을 추가로 수행하였다.
직선궤도의 바닥에 원궤도(반지름 r=16)를 설치한 후 처음 구르기 시작하는 높이를 조절하여, 쇠 공(고무공이) 원형궤도의 최고점에 도달하는 순간 떨어지기 시작하는 높이(h)를 측정한다. 그 결과 쇠 공은 49.5cm에서, 고무공은 48cm에서 위의 조건을 만족시켰다.
이론적인 예상값과의 비교를 위해 다음과 같은 식 전개를 통해
(13)
(14)
식(13),(14)를 정리
(15)
h값을 구해보았다. 그 결과 이론적으로는 43.2cm에서 공을 굴렸을 때 위의 조건을 만족시켜야 함을 구할 수 있었다. 그러나 실제로 실험에서 구한 높이는 예상값보다 더 큰 값을 나타냈다. 이는 쓸림힘의 작용때문이었음을 쉽게 알 수 있다. 다만, 제돌기 운동과 미끄러짐이라는 변수가 있기 때문에 어느쪽이 쓸림힘의 영향을 더 많이 받는 다는 식의 단순 비교는 불가능했다. 쇠 공과 고무공의 쓸림힘 차이에 대하여 더 알아보고자 자료를 구하려 하였으나 자료를 구하지 못하였다.
그 외 실험에 오차 요인이 될 수 있는 사항을 더 알아본 결과 다음과 같은 사실을 알 수 있었다.
경사진 궤도를 공이 구르는 경우에는 공이 구르는데 따른 돌기 운동의 유효 반지름가 그림과 같이
(16)
로 달라진다. 여기서 d 는 궤도에 공이 닿는 두 지점간의 거리이다.
따라서이 되어 오차 요인으로 작용하게 됨을 알 수 있었다.
『 결 론 』
이 실험은 일반적 환경에서 실제로 역학적 에너지가 보존되는가를 알아보기 위한 실험이었다. 역학적 에너지의 보존을 가정하고 유도한 식에 자료를 입력하여 나온 이론적인 예상치와 실제 실험에서 측정한 결과를 비교하였다. 쓸림 등 다른 요인을 고려하지 않은 이론상의 수치와 실험 측정값은 차이를 보였다. 이처럼 이상적인 계가 아닌 지구상에서는 여러 가지 요인에 의해서 역학적 에너지가 다른 형태의 에너지로 변환되어 보존되지 않는다는 사실을 알 수 있었다.

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