일반물리학실험 | 강체의 공간운동

 

 

 

TIP

 

 

1. 경사면과 원주 궤도를 따라 구를 굴려서 구의 회전 운동 에너지를 포함하는 역학적 에너지의 보존을 측정한다.
2. 포토게이트 센서를 사용하여 구의 최종 속도를 측정한다.
3. 원주운동을 하기 위한 최소 출발 고도를 예측한다.

 

 

 

실험 배경

외부로부터 힘이 가해져도 크기나 형태가 바뀌지 않는 이상적인 물체를 강체(rigid body)라고 한다. 회전 운동에서 다루는 물리량은 전체 질량이 동일해도 질량이 어떻게 분포하느냐에 따라 결과가 달라지기 때문에, 질량 분포의 형태가 바뀌지 않는 강체의 개념을 도입하여 운동을 설명한다.

 

 

실험 방법

1. 실험 1 : 역학적 에너지 보존

1) 삼각대의 높이를 조절하여 강체의 공간운동 실험장치를 구성한다.

 

2) 랩퀘스트 인터페이스의 전원을 켜고 센서를 인터페이스의 디지털 채널에 연결한다.

 

3) 구슬이 포토게이트가 설치된 위치를 지날 때의 높이(h₀ )를 측정한다.

 

4) 시작점에서의 높이(h₁ )를 측정한다.

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5) 인터페이스의 데이터 수집 버튼을 누르고, 구슬이 떨어질 위치에서 구슬을 회수할 준비를 한 상태에서 구슬을 떨어뜨린다.

 

6) 두 포토게이트 사이 간격은 5㎝ 이다. 측정된 포토게이트 시간을 기준으로 속도를 계산하여 표에 기입한다.

 

7) 구슬을 떨어트리는 높이를 달리해서 과정 5∼7을 5회 반복하여 시험하고 실험결과를 표에 기록한다.

 

2. 실험 2 : 원형레일에서 벗어나지 않기 위한 최소 높이 측정

1) 구슬의 운동반경 R을 측정한다.

 

2) 구슬이 레일에서 떨어지지 않기 위해서는 h₁-h₀가 2.7R보다 커야한다.

 

3) 실제 공간 운동 실험장치의 레일은 홈의 너비가 8㎜이다. 따라서 지름 19㎜ 구의 중심 속도와 회전속도와의 관계가 수정되어야 한다. 원주에서 떨어지지 않기 위해서는 2.743R 높이에서 출발해야 한다.

 

 

 

[일반물리학실험]강체의 공간운동 레포트