일반물리학실험 | 경사면 운동

 

 

 

TIP

 

 

물체가 경사면을 따라 마찰 없이 내려오는 등가속도 운동에서 경사면의 기울기 변화에 따르는 물체의 가속도 변화를 실험을 통해서 알아보고 중력가속도를 구한다.

 

 

 

경사면 운동

질량 m인 물체가 경사각 θ인 경사면을 미끄러져 내려올 때, 중력 mg의 경사면 방향의 성분력은 다음과 같다.

F=mgsinθ

뉴턴 제 2법칙을 적용하여 가속도에 관한 식으로 나타내면,

ma = mgsinθ, a=gsinθ (이론값) 이 된다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 그림과 같이 테이블 위에 트랙과 운동 센서를 설치하고, 트랙의 한쪽 끝의 높이를 조절한다. 운동 센서에 있는 스위치는 수레표시에 고정한다.

 

경사면 가속도 측정 장치

 

2)  운동 센서를 인터페이스 연결한 후 측정프로그램(CAPSTONE)을 실행한다.

 

3)  CAPSTONE의 Hardware Setup에서 운동 센서가 연결되어 있는지를 확인하고 워크 Page에 Graph를 끌어 놓는다.

 

4)  수평축에 Time, 수직축에 Velocity(㎝/s)를 설정한다.

 

5)  센서의 Sample Rate 를 100 Hz 정도로 설정한다.

 

6)  빨간색 Record 버튼을 클릭하고, 수레를 가볍게 놓아준다.

 

7)  수레가 바닥에 도달할 때에 부드럽게 정지하도록 쿠션을 설치하거나 손으로 잡아준다. 수레가 정지한 후 STOP 버튼을 클릭한다.

 

8)  커브피팅하여 가속도를 구하기 위하여 그래프 도구 메뉴의 Curve Fit 아이콘 수 옆의 아래 화살표 버튼을 클릭하여 피팅함수를 Linear: mx+b로 설정한다.

 

9)  그래프에서 직선으로 잘 나타나는 등가속도 운동구간을 하이라이트(Highlight) 박스를 사용하여 커브피팅할 영역을 설정한다.

 

10)  피팅결과 창에 나타난 피팅계수 m이 v-t 그래프의 기울기로서 가속도이므로 표에 기록한다.

 

11)  Delete Last Run 버튼을 클릭하여 측정데이터를 지우고 6) ～ 7)과 9), 10)의 과 정을 2회 반복하여 표에 기록한다.

 

12)  트랙 끝단의 높이를 바꾸어 11)의 과정을 반복하여 측정한 가속도를 표에 기록한다.

 

13)  트랙 끝단의 높이(x)에 따른 가속도의 평균값(y)을 그래프로 그린다.

 

14)  그래프에서 커브 피팅하여 피팅계수를 구한다.

 

15)  커브 피팅으로구한 피팅계수와 F=mgsinθ 의 몸와 비교하여 중력가속도 g를 구하고, 알려진 값과 비교하여 백분율로 나타낸다.

 

 

 

[일반물리학실험]경사면 운동 레포트