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  일반물리학실험 | 동영상 장비를 이용한 물리진자 TIP 진동하는 물리진자의 운동을 관찰하여 선형의 단순조화운동으로 근사할 수 있는 조건과 비선형 효과를 고려해야할 경우를 알아보고 그 주기를 측정하여 이론식과 비교하여 본다. 진동하는 물리진자의 운동을 관찰하여 선형의 단순조화운동으로 근사할 수 있는 조건과 비선형 효과를 고려해야 할 경우를 알아보고 그 주기를 측정하는 실험이다. 가볍고 늘어나지 않는 줄에 매달려 있는 물체를 점 입자라고 하고 매달아 놓은 입자가 가지는 질량과는 무관하다고 할 때의 단진자 운동을 하는 물체의 진동주기를 측정한다. 또한 물체가 질량을 가질 경우 물리진자라고 하여 관성모멘트를 고려하며 주기를 측정해본다. 실험에 필요한 장치를 설치한 후 진자를 운동시키고 화면을 캡처한다. 저장된 파일을 분석하여 T-X에 관한 그래프를 그리고 분.. Engineering/물리학 2021. 3. 3.

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  일반물리학실험 | 벡터의 덧셈 TIP 한 점에 작용하는 여러 벡터가 평형을 이루게 하여 벡터의 합성과 분해를 공부한다. 두 벡터의 합성 측정되는 물리량들은 스칼라량과 벡터량으로 나누어진다. 어떤 방향을 가지는 두 물리량 A와 B를 더한 것을 R로 나타낸다. 덧셈을 벡터표시로 하면 R = A+B이다. 그러나 R은 코사인 법칙에 의해 로 주어지며, R과 A가 이루는 ϕ는 실험 방법 1. 실험 과정 1) 합성대의 윗면이 수평이 되도록 합성대 위에 수준기를 올려놓고 세 다리의 나사를 조금씩 조정한다. 2) 두 벡터의 합성 ① 두 벡터를 합성하기 위해 두 벡터 A와 B를 표에서(혹은 임의의 값을) 선택하여 추를 걸어준다. 만약 이때 추걸이를 필요로 하는 추를 사용한다면 벡터의 크기는 추와 추걸이의 무게를 합한 값이다. ② 네 개의 추걸이 중 .. Engineering/물리학 2021. 2. 27.

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  일반물리학실험 | 뉴턴의 사과 TIP 지구 중력에 의해 낙하하는 물체의 속력을 측정하여 운동법칙을 찾아내고 만유인력, 쓸림힘과의 관계를 탐구한다. 특히, 빛살문 검출기(photogate detector)로 물체가 어떤 위치에 도달하는 시간과 빠른 물체의 속력을 측정하는 방법과, 컴퓨터를 이용하여 측정한 데이터를 처리하는 방법을 배운다. 고대 그리스 시절부터 인류는 물체가 낙하하는 현상과 달을 포함 행성운동은완전히 분리된 문제라고 생각했다. 뉴턴(I. Newton)은 이 두 문제가 한 문제이며 동일한 법칙에 따르리라는 것을 발견해 냈다. 이 법칙이 바로 만유인력의 법칙이다. 일설에 의하면 뉴턴은 사과나무에서 떨어지는 사과를 보고 만유인력의 법칙을 떠올렸다고 한다. 이것의 사실여부를 떠나서 만유인력현상은 기본적일 뿐만 아니라, 지구의 중.. Engineering/물리학 2021. 2. 18.

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  일반물리학실험 | RC 시상수 측정 TIP 직류전원에 의해 축전기에 전하가 충전되는 양상을 관찰하고, R-C회로의 전기적 특성을 대표하는 시상수를 측정하여 축전기의 직렬, 병렬연결에 대한 등가 전기용량을 알아본다. 축전기와 전기저항으로 구성된 ,R-C회로에 키르히호프 제2법칙을 적용하면 이 된다. 기전력 E의 전지로 충전할 경우와 완전 충전 후 전지 없이 방전시킬 경우 축전기 양단 전위차 V(t)(또는 축전기에 충전되는 전하량 Q(t))의 시간에 따른 변화는 각기 다음과 같다. 여기서 T=RC는 R-C회로의 시간상수이다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) DataStudio를 통해 그림과 같이 되도록 100Ω의 전기저항과 100㎌ 축전기를 인터페이스상에서 연결한다. 2) switch를 끊어 놓은 채로 축전기의 양단을 연결함으로써 축전기를 완.. Engineering/물리학 2021. 2. 16.

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  일반물리학실험 | 회절격자의 격자상수 측정 TIP 1. 빛의 회절 현상을 이해하기 위해 격자 상수를 알고 있는 회절격자를 이용하여 주어진 광원의 파장을 측정하고 이 광원을 사용하여 미지의 회절격자의 격자상수를 구한다. 2. 측정값과 이론값의 오차를 구하여본다 아래 그림에 나타나 있는 바와 같이 유리판 단위길이 1㎝마다 n개의 평행선을 그린 회절격자(G)에 파장이 λ인 평행광선이 수직으로 입사할 때, 격자를 통과한 후 입사 방향에 대하여 m차 회절광이 φ각도를 가지고 회절되었다고 하자. 이웃한 평행광선 사이의 경로차는 ∆= d sinφ 이므로 ∆ = d sinφ = mλ (m=0,1,2...) 를 만족시키는 각도φ에 대하여 회절 된 빛들이 모두 보강 간섭을 하므로 빛의 세기가 최대로 된다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) Data Studio를 실.. Engineering/물리학 2021. 2. 13.

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  일반물리학실험 | 마이크로파 (반사, 굴절, 이중슬릿 간섭) TIP 물질 특히 빛이나 Microwave와 같은 것의 파동의 성질에 주목하여 실험을 하게 된다. 기본 적으로 빛에 대해서는 반사와 굴절과 같은 기본적인 법칙이 존재한다. 그리고 정상파, 프리즘 을 통한 굴절 등의 현상 또한 존재한다. 이번 실험을 통해서는 가시광선이 아닌 Microwave 를 이용하여 보다 정확한 측정을 함으로써 파동의 성질을 명확히 이해한다. 마이크로파의 반사 실험에서 마이크로파가 반사판에 의해 반사되는 것을 관측하면 입사한 광선의 일부가 반사되어 나간다는 것을 확인할 수 있다. 파선이 경계면에 수직으로 입사한 경우를 제외하고는 모든 경계면에서 파선의 진행방향은 항상 바뀐다. 반사의 가장 큰 성질은 입사각과 반사각이 같다는 것이다. 이 때 입사각은 입사광선과 경계면 사이의 각도를 말하.. Engineering/물리학 2021. 2. 6.

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  일반물리학실험 | 마이크로파를 이용한 파동의 반사, 굴절, 편광, 중첩 TIP 파동이 갖고 있는 일반적인 성질을 이해한다. 건 다이오드에서 발생한 2.85㎝ 파장대역의 마이크로파를 이용하여 반사와 굴절 및 편광 실험을 수행하고 파동의 중첩으로 정상파를 형성하여 그로부터 파장을 정확하게 측정한다. 마이크로파의 굴절 마이크로파가 한 매질에서 다른 매질로 진행할 경우 직진하지 않고 꺾이는 현상을 빛의 굴절이라고 부른다. 이러한 현상이 일어나는 이유는 두 물질 속에서 전자기파의 속력이 차이가 나기 때문이다. 굴절하는 전자기파의 성질은 간단한 법칙으로 표현가능한데 그 법칙을 굴절의 법칙, 스넬의 법칙이라고 부른다. n1sinθ1 = n2sinθ2 (상수 과 는 굴절률인데 빛이 통과하는 두 매질에 따라 달라진다. 각도 θ1과 θ2는 두 매질 사이의 경계에 대하여 수직인 선에 대한 파선.. Engineering/물리학 2021. 1. 30.

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  일반물리학실험 | 마이크로파 (회절 편광 이중슬릿) TIP 본 실험에서는 MicroWave를 통해 Intensity와 파장의 길이 그리고 편광과 회절을 측정한다. 레이저를 이용한 실험에서 레이저의 파장은 극히 짧아서 우리가 원하는 값을 얻기에 정밀도가 많이 부족했지만 본 실험에서 우리는 긴 파장을 이용하여 측정할 수 있으므로 전보다 더 정밀한 값을 얻기를 기대하고 MicroWave가 전자기파로써 가지는 파동성에 대해서 알아보자 회절 현상 파동이 진행하다가 장애물을 만날 때, 그 뒷부분까지 전파되는 현상을 파동의 회절이라고 한다. 이러한 회절현상은 수면파, 음파, 전자기파 등에서 모두 볼 수 있는데, 이것은 파동의 독특한 성질이라고 할 수 있다. 회절하는 정도는 파장이 길수록 커지는데, 이것은 파장이 길수록 진동수가 작아지고, 이에 따라 직진성이 약해지기 .. Engineering/물리학 2021. 1. 26.

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  일반물리학실험 | 마이크로파 (반사 굴절 편광) TIP 마이크로파 발생장치와 수신장치를 사용해 반사, 굴절 및 편광실험을 하여 전자기파의 성질을 이해한다. 마이크로파(microwave) 마이크로파는 300～30GHz의 매우 높은 주파수를 가지는 전자기파의 형태를 말한다. 마이크로파는 100mm～1m의 매우 짧은 파장을 가지는데, 이는 광파와 유사한 성질을 가지게 되어 직진, 반사, 흡수의 성질을 가진다. 따라서 마이크로파는 통신에 이용될 뿐 아니라 식품의 가열과 냉동식품의 해동 등에 널리 이용되고 있다. 맥스웰 방정식(Maxwell`s equations) 전자기방정식이라고도 한다. 전기장의 가우스 법칙(▽˙E=4πp), 자기장에 대한 가우스 법칙(▽˙B=0), 패러데이 법칙, 맥스웰이 수정한 앙페르 법칙 이상 4개의 법칙을 맥스웰 방정식이라고 한다. .. Engineering/물리학 2021. 1. 22.

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  일반물리학실험 | 이중코일에 의한 자기유도 TIP 이중코일을 이용한 자기유도현상을 통하여 패러데이 법칙과 렌츠의 법칙을 확인한다. 그림과 같이 마주보게 장치한 두 폐회로를 생각해 보자. 회로 1에는 저항, 전지, 스위치가 직렬로 연결되어 있고 회로 2에는 내부저항이 작은 검류계가 직렬로 연결 되어 있다. 회로 1의 스위치 S를 닫으면 회로 2에 연결된 검류계의 바늘이 순간적으로 움직이게 된다. 이것은 회로 2에 유도전류가 흐르고 있다는 것을 의미한다. 잠시 후 회로 1의 전류가 정상상태에 도달하면 검류계의 눈금은 원점으로 돌아가 유도전류가 없음을 나타낸다. 회로 1의 스위치 S를 열면 검류계의 바늘은 처음과 반대방향으로 움직이게 된다. 이 실험은 회로 1을 흐르는 전류의 변화가 회로 2에 유도전류와 유도기전력을 만들 수 있다는 사실을 보여준다. .. Engineering/물리학 2021. 1. 18.

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  일반물리학실험 | 고체저항과 전구물리 TIP 니크롬선의 길이 및 굵기에 따른 저항의 변화를 확인하여 비저항의 개념을 이해한다. 전구에 인가되는 전압이 변할 때 전류의 변화와 저항을 측정하여 필라멘트의 온도에 따른 저항(비저항)의 상관관계를 파악한다. 전류(current)는 어떤 단면을 통과하는 전하의 흐름률로 정의된다 단면적 A를 △t시간 동안에 통과하는 전하량을 △Q라고 한다면, 평균전류(average current) Iavg는 단위시간당 단면적 A를 통과하는 전하량과 같으며 와 같이 나타낸다. 전류의 SI 단위는 암페어(A)이며 1A=1C/s이므로 1A의 전류는 1C의 전하량이 어떤 단면을 1s 동안에 통과하는 것과 같다. 단면적이 A이고 전류 I가 흐르는 도체가 있다고 할 때 이 도체의 전류밀도(current density) J는 단위.. Engineering/물리학 2021. 1. 14.

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  일반물리학실험 | 탄동진자를 이용하여 날아가는 물체의 운동 분석 - 탄환의 초기속도 구하기 TIP 탄동 진자의 운동을 관찰하는 실험 두 가지를 수행하고 그 실험에서 나온 자료를 이용하여 탄동 진자의 운동을 분석한다. 그 결과에서 탄환의 초기속도를 구한다. 실험과정을 통해 포물선 운동의 관계를 이해하는 것이 최종목표이다. 실험 방법 실험 과정-1 1. 장치를 책상의 한 끝으로 가져와 장치가 총알을 쏘는 방향으로 수평하도록 장치한다. 2. 발사 총의 발사 강도를 가장 약하게 두고 공을 넣는다. 3. 공을 수평으로 발사하여 실험실 바닥에 떨어지게 하고, 그곳에 흰종이를 고정시키고 그위를 먹지로 덮는다. 발사를 3번 되풀이한다 4. 발사 총구에 연직 추를 달아 실험실 바닥에 기준점을 표시하고, 이 점으로부터 총구까지의 높이와 도달지점까지의 거리를 측정한다. 5. 발사 강도를 달리하여 되풀이한다. 실험.. Engineering/물리학 2021. 1. 10.

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  일반물리학실험 | 전자기파의 특성 TIP 1. 휴대폰 통신용 전자기파 2. 거리에 따른 전자기파의 세기 3. 알루미늄 박막과 전자기파 휴대폰 통신용 전자기파 1. 자신의 휴대폰에서 나오는 전자기파가 통과하지 못하는 물질은 무엇일까? 휴대폰을 특정한 물질로 감싸고 통신이 가능한지 실험으로 확인해보라. 2. 전자기파의 일종인 빛은 종이 몇 장의 두께를 투과하지 못하는데, 휴대폰 전자기파는 어떠한가? 그 이유가 무엇일까? 거리에 따른 전자기파의 세기 1. 전화나 메시지 등의 통신에서는 휴대폰이 기지국과 신호를 주고받는 것에 반해, 블루투스 통신은 기지국을 거치지 않고 두 스마트 폰끼리 직접 신호를 주고받는다. 블루투스 통신은 약 2.4 GHz의 주파수를 사용한다. 두 개의 스마트 폰 사이에 블루투스 통신이 가능한 최대의 거리는 대략 얼마인지 .. Engineering/물리학 2021. 1. 5.

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  일반물리학실험 | 파동의 중첩 TIP 파동의 중첩 원리와 리샤주 (Lissajous) 도형을 관찰하고, 이를 이해한다. 리사주도형(Lissajous’s figure) 1855년 프랑스 물리학자 J.A.리사주에 의하여 실험적으로 그 장치가 고안되었으며, 오늘날 레이저 쇼에서 사용되는 장치와 유사하다. x축 및 y축 방향에서의 단진동은 각각 x=Acosωt, y=Bcos(ω't＋δ)로 나타낼 수 있다. 진동수 ω 및 ω'의 비(比)나 위상차(δ)의 값에 따라 여러 가지 도형이 x-y 평면상에 그려진다. 평면 내에서 서로 수직인 2개의 단진동을 합성하여 얻어지는 2차원 운동의 자취를 나타내는 것이 리사주도형이다. 1. 주파수를 이미 알고 있는 신호를 Oscilloscope의 수평축에 입력한 후 측정하려 하는 신호를 수직 축에 접속, 생성된.. Engineering/물리학 2021. 1. 2.

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  물리학실험 | 빛의 이중성에 대한 파동적 증거 - 말루스 법칙, 프레넬 공식, 브루스터 각 측정 빛의 본질이 입자냐 파동이냐에 대한 논쟁은 17세기 이후 400년동안 물리학자들의 연구대상이었다. 뉴턴의 지지를 얻은 입자설이 한동안 파동설을 압도하였다. 하지만 실험적, 이론적 증거들이 빛의 파동성을 꾸준히 뒷받침해주었는데, 대표적인 증거들로 영의 이중슬릿 실험, 말루스 법칙, 프레넬 공식, 브루스터 각이있다. 그러던 19세기 말 맥스웰이 전기장과 자기장을 통합하면서 빛이 전자기파임을 증명하면서 오랜 논쟁은 잠시 멈추게 된다. 프레넬 공식과 브루스터 각은 서로 다른 매질의 경계면에서 일어나는 빛의 반사과 투과에 대한 이론으로 브루스터 각은 편광된 빛을 만들기 위해 널리 쓰이는 방법 중 하나이다. 본 실험에서는 맥스웰 이전에 빛의 파동성을 보여주었던 이론 말루스 법칙, 프레넬 공식, 브루스터 각을 실험적.. Engineering/물리학 2020. 12. 29.

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  물리학실험 | FRET을 이용한 DNA 상호작용 FRET은 두 종류의 형광물질이 가까운 거리에 있을 때 공명에 의해 에너지를 전달하는 현상을 말한다. FRET의 원리는 에너지를 전달하는 donor가 들뜬 상태에서 바닥상태로 내려오면서 광자를 내놓을 때, 두 형광분자가 가까운 거리에 있다면 acceptor가 이를 받아들여서 파장이 다른 빛을 내놓게 된다는 것이다. 이번 실험을 통해 FRET 현상에 대해 알아보았다. Donor에 Acceptor를 많이 넣을수록 FRET 효율이 높아진다. 하지만 Acceptor의 양이 Donor의 양보다 많아지는 순간부터는 Donor와 Acceptor의 상보적 결합이 포화된(모두 이뤄짐) 상태이므로 FRET 효율의 증가가 더디다. FRET FRET(Fluorescence Resonance Energy Transfer)은 두.. Engineering/물리학 2020. 12. 26.

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  물리학실험 | 라만분광법을 통한 그래핀의 광학특성 평가 TIP 흑연으로부터 물리적 박리법을 통해 단층 그래핀을 합성한 후, 라만 분광법을 통해 그래핀 시료를 평가해본다. 라만 분광법(Raman spectroscopy) 인도의 물리학자 찬드라 세카르 라만(C. V. Raman) 경이 단색광의 빛을 쪼여준 액체 시료로부터 입사된 단색광과 다른 파장의 빛이 산란되는 현상을 1928년 최초로 관찰하여 보고한 이래로 분광학 기술로 개발되고 체계화되어 현재는 IR 분광법(Infrared spectroscopy)과 함께 진동 모드의 변화를 추적함으로써 분자의 구조와 특성을 밝히는 진동분광학(Vibrational Spectroscopy)이란 학문영역의 독자적인 한 영역을 구축하고 있습니다. 즉, 라만 효과를 이용, 특정 분자에 레이저를 쏘았을때 그 분자의 전자의 에너지준위.. Engineering/물리학 2020. 12. 22.

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  일반물리학실험 | Torsinoal Pendulum - 비틀림진자 TIP 비틀림 진자의 이론적 주기와 실험적 주기를 비교해 본다. k의 비틀림 상수를 갖는 탄성을 가진 줄에 I의 관성모멘트를 갖는 원판이 매달려 있다. 이때 원판을 θ까지 비틀면 줄에는 -θ으로 kθ만큼의 복원토크가 발생하게 된다. 원판을 놓으면 복원토크에 의해 원판은 가속운동을 하다 평형지점을 지나면 반대 방향의 토크에 의해 감속운동을 하게 되고 감쇠가 없는 경우 -θ까지 회전한다. 정지한 후 반시계방향으로 방향을 바꾸어 동일한 형태의 운동을 반복하는 단순조화운동을 하게 된다. 비틀림 진자가 1회 운동하는데 소요되는 시간(주기)은 원판의 관성모멘트와 비틀림 상수의 크기와 연관이 있으며 이를 식으로 나타내면 다음과 같다. (sec) 즉, 원판의 관성모멘트가 클수록 천천히 진동하게 되며 탄성체의 비틀림 상.. Engineering/물리학 2020. 12. 20.