일반물리학실험 | 공기 선로(Air Track)

 

 

 

실험 Ⅰ. 뉴턴의 제2법칙

1 실험 방법

 

1) 그림과 같이 에어트랙을 설치하고, 에어트랙 수평조절용 받침대를 조절하여 에어트랙의 수평을 맞춘다. 이때 글라이더는 어느 방향으로도 가속이 되지 않아야 한다.

 

 

2) 카트의 아래쪽 홀에 후크를 장치하며 반대편에는 후크의 무게를 상쇄시켜줄 추를 장치한다.

 

3) 글라이더 양쪽에 50～60g의 질량을 더하고, 추 걸이에 5～10g의 질량을 더한다. 더한 후 글라이더의 총 질량은 m, 추 걸이의 총질량은 ma에 기록한다.

 

4) 글라이더를 트랙 끝 가까이에 놓고 시작점 X₀을 설정 후 표시한다.

 

5) 포토게이트 #1을 스마트타이머 포트1에 꼽은 후, 스마트타이머를 켠다. 빨간색 "Select Measurement" 버튼을 사용하여, "Time"을 선택하고, 파란색 "Select Mode" 버튼을 사용하여, "One gate"를 선택한다. 스마트타이머의 "Start" 버튼을 눌러 LCD 판넬에 “*”가 표시가 되는걸 확인한다.

 

6) 글라이더를 X₀에 출발시켜 첫 번째 포토게이트를 통과하는데 걸린 시간은 t₁이며 측정을 4회 반복 후 평균값을 t1에 기록한다.

 

7) 포토게이트 #1을 스마트 타이머에서 분리한 후 포토게이트 #2를 연결한 후 5번처럼 장치 후 X0에서 출발시켜 두 번째 포토게이트를 통과하는데 걸린 시간을 t₂로 설정 4회 반복한 후 평균값을 t₂에 기록한다.

 

8) 포토게이트 #1과 #2를 모두 스마트 타이머(Smart Timer)의 #1과 #2에 연결한 후 스마트 타이머를 켠다. 빨간색 "Select Measurement" 버튼을 사용하여, "Time"을 선택하고, 파란색 "Select Mode" 버튼을 사용하여, "Two gate"를 선택하여 스마트타이머의 "Start" 버튼을 누른다. 이때 스마트타이머의 LCD 판넬에“*”가 표시가 되는 것을 확인한다.

 

9) 글라이더를 X₀에서 출발시켜 글라이더가 두 포토게이트의 중간지점을 통과하는데 걸린 시간 t₃으로 설정, 4회 반복하여 평균값을 구해 t₃에 기록한다.

 

10) 추를 글라이더에서 추 걸이로 옮겨 m_a을 변화시킨다.(m+m_a 는 일정하게 유지된다.) m과 m_a를 기록하고 5～9까지 반복한다. 그 후 4회 이상 ma 값을 변화시켜 실험한다.

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실험 Ⅱ. 중력

1. 실험 방법

1) 에어트랙의 수평을 맞춘다. 에어트랙의 두 지지대 사이의 거리, d를 측정한다. 데이터 빈 칸에 이 거리를 기록한다.

 

 

2) 두께가 h인 블록을 트랙의 지지대 밑에 끼운다. 높이를 측정하여 다음 페이지의 빈 칸에 기록한다.

 

3) 글라이더 질량 m과 에어트랙 상에서, 글라이더가 첫 번째 포토게이트를 시작시키는 지점에서 두 번째 포토게이트를 시작시키는 지점까지 글라이더가 이동한 거리, D를 측정 후 기록한다.

 

4) 글라이더를 에어트랙의 상단 가까이에 정지시켰다가 출발시켜 글라이더가 두 포토게이트 사이를 자유롭게 미끄러져 통과할 수 있게 한다.

 

5) 포토게이트 #1을 스마트타이머 포트1에 꼽은 후, 스마트타이머를 켠다. 빨간색 "Select Measurement" 버튼을 사용하여, "Time"을 선택하고, 파란색 "Select Mode" 버튼을 사용하여, "One gate"를 선택한다. 스마트타이머의 "Start" 버튼을 눌러 LCD 판넬에 “*”가 표시가 되는걸 확인한다.

 

6) 글라이더를 정지시켰다가 출발시켜 첫 번째 포토게이트를 통과하는데 걸린 시간은 t₁이며 측정을 4회 반복 후 평균값을 t₁에 기록한다.

 

7) 포토게이트 #1을 스마트 타이머에서 분리한 후 포토게이트 #2를 연결한 후 5번처럼 장치 후 정지시켰다가 출발시켜 두 번째 포토게이트를 통과하는데 걸린 시간을 t₂로 설정 4회 반복한 후 평균값을 t₂에 기록한다.

 

8) 측정을 몇번 반복하고 표에 데이터를 기록한다. 매 실험마다 글라이더를 에어트랙의 동일지점에서 출발시킬 필요는 없으나, 글라이더가 두 포토게이트를 통과할 때에는 자유롭고 원활하게 미끄러져야 한다.

 

9) 글라이더에 추를 더하여 글라이더의 질량을 변화시킨 다음, 5～8단계를 반복한다. 측정할 때마다 매번 질량(m)을 기록 해가면서, 질량을 최소한 5회 이상 달리하여 실험을 반복한다.

 

 

실험 Ⅲ. 운동량 보존의 법칙

1. 실험 방법

1) 탄성충돌을 발생시키는 글라이더의 완충장치를 이용해, 그림 3.1에 보이는 것과 같이 에어트랙과 포토게이트를 장치한 후 수평을 맞춘다.

 

 

2) 충돌에 사용할 두 글라이더의 질량, m₁, m₂ 를 측정하여 기록한다.

 

3) 포토게이트 #1과 포토게이트 #2를 스마트타이머의 포트1과 2에 꽂은 후, 스마트 타이머를 켠다. 빨간색 "Select Measurement" 버튼을 사용하여, "Speed"를 선택하고, 파란색 "Select Mode" 버튼을 사용하여, "Collision"을 선택한다. 스마트타이머의 "Start" 버튼을 누른다. 이때 스마트타이머의 LCD 판넬에 “*”가 표시가 된다.

 

4) 글라이더 2을 두 포토게이트 사이에 정지시켜 놓는다. 글라이더 1을 글라이더 2쪽으로 민다. 속도 측정을 4회 반복하고 표에 기록한다.

 

5) 두 글라이더가 포토게이트를 지나 간 후 스마트 타이머의 “Stop" 버튼을 누른다. 이때 충돌은 글라이더 1이 포토게이트 1을 완전히 통과한 후에 발생하여야 하며, 충돌 후 두 글라이더는 어느 한쪽 글라이더가 포토게이트를 가리기 전에 완전히 분리되어야 한다. 또한, 메모리 기능을 이용하여 최종 시간을 측정하는 동시에 초기 시간을 저장한다. 최종시간을 기록한 직후에는 글라이더를 정지시켜 글라이더의 반동으로 인해 포토게이트가 다시 시작되지 않게 하여야 한다.

 

 

 

[일반물리학실험]공기 선로(Air Track) 레포트