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  일반물리학실험 | 힘의 평형 - 재택 실험 TIP 물체를 달아 늘어난 고무줄의 길이를 이용하여 고무줄의 장력을 계산하고 힘의 평형이 되는 조건을 이해한다. 물체가 평형 상태에 있으려면 물체에 작용하는 외력의 합과 회전력이 모두 0이 되어야 한다. 이때 물체에 작용하는 모든 힘의 합이 0이 되는 상태를 병진 평형이라 하고 회전력이 0이 되는 경우를 회전 평형이라 한다. 즉, 물체의 평형을 논할려면 다음 두 식이 성립 되어야 한다. 하지만 이 실험에서는 세 힘의 평형만 생각하므로 병진 평형 조건만 만족하면 된다. 본 실험에서 사용하는 고무줄의 경우 탄성이 있으므로 원래의 모양으로 돌아올려는 성질을 갖고 있다. 이때 돌아올려는 복원력의 경우 훅의 법칙으로 설명할 수 있다. F = -kΔx(k는 용수철 상수, Δx는 돌아간 길이) 고무줄에 물체를 매달아.. Engineering/물리학 2021. 10. 21.

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  일반물리학실험 | 줄의 진동(줄의 파형) TIP 도르래와 질량 추를 이용하여 줄에 장력을 만들어주고 모터의 전압을 조절하여 진동수를 변화시켜주며 정상파를 관찰한다. 양쪽 끝이 고정된 줄(String)을 진동시키면 줄을 따라 진동수와 진폭이 같은 두 파동이 양 끝에서 반사되어 서로 반대 방향으로 진행하게 된다. 이러한 파동은 일반적인 간섭법칙에 따라 결합하는데 어떤 조건(공명) 하에서는 정상진동의 형태인 정상파(Standing Wave)가 생긴다. 즉, 기본주파수 또는 그 정수배로 줄을 진동시키면 줄 내에서 정상파가 형성되고 이때 높은 주파수를 배음(harmonics)이라 부른다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) 장비를 [그림1]과 같이 설치한다. 테이블의 양 끝에 테이블 클램프를 설치하고 왼쪽에는 지지대, 오른쪽에는 도르래를 설치한다. 주파수변.. Engineering/물리학 2021. 10. 11.

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  일반물리학실험 | 수면파를 이용한 간섭 TIP 물결통(ripple tank)을 이용하여 두 개의 점파원에서 발생하는 수면파의 간섭무늬를 관찰하고, 수면파의 파장을 구한다. 파동의 중첩 똑같은 2개의 파동이 하나의 매질에서 전파되어 중첩될 때 같은 위상으로 중첩되면 합성파의 변위가 커져서 강하게 나타나고, 서로 반대의 위상으로 중첩되면 파동이 상쇄되어 약하게 된다. 이와 같이 똑같은 두 파동이 중첩되어 더욱 강해지거나 약해지는 현상을 파동의 간섭이라 한다. 그림 1에서 (a)의 경우처럼 합성파의 변위가 커지는 경우는 보강 간섭이고, (b)의 경우와 같이 합성파의 변위가 더 작아지거나 0이 되는 경우는 상쇄 간섭이라고 한다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) 물결통과 스크린을 설치하고 물결통에 물을 부은 후 수평을 유지한다. 물결통 가장자리의 수면.. Engineering/물리학 2021. 9. 29.

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  일반물리학실험 | 소리굽쇠를 통한 공명 TIP 소리굽쇠를 진동시켜 소리의 파동이 유리관 내를 전파하도록 하고 정상파가 되는 공명 조건을 찾아 음파의 파장을 구하여 공기 중 음속을 측정한다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) 그림과 같이 공기 기둥 공명 장치에 물을 채운다. 이때 물통 D를 위 아래로 움직여 관 속의 수명이 꼭대기 A에서 아래 B까지 움직일 수 있도록 물의 양을 조절한다. 2) 소리굽쇠의 진동을 방해하지 않도록 소리굽쇠의 나무 손잡이를 잡고 고무 망치로 소리굽쇠를 때려서 진동시킨 후 유리관 위 1㎝위에 수평을 놓는다. 3) 물통을 서서히 밑으로 내리면서 유리관 열린 부분에 귀를 기울이면 수면의 어떤 위치에 이르러 갑자기 커지는 공명 소리를 듣게 된다. 그 위치를 잣눈 S로 읽는다. 4) 다시 소리굽쇠를 진동시키고 공명 소리가 나는.. Engineering/물리학 2021. 9. 26.

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  일반물리학실험 | Melde 장치에 의한 소리굽쇠의 진동수 측정 TIP 소리굽쇠의 진동에 의한 현의 진동을 공명시켜 현에 정상파를 만들고 이 정상파로부터 소리굽쇠의 진동수를 측정한다. 실험 방법 1. 소리굽쇠의 진동이 현에 수직하게 할 때 1) 소리굽쇠의 진동이 현에 수직하도록 하고 추를 놓는다. 2) 전원장치의 전원을 10V에 맞추고 소리굽쇠를 진동시켜 현을 진동시킨다. 3) 추의 무게를 변화시키거나, 도르래의 위치를 조절하여 현의 길이 L를 변화시키며 소리굽쇠와 현이 공명을 일으켜 현의 진폭이 최대가 되도록 하고, 이때의 추 및 추걸이 질량(m)과 현의 길이(L)를 측정하고 정상파의 배의 수(n)을 기록한다. 4) 길이(L)에 해당하는 현과 똑같은 줄을 잘라 질량(M)을 측정하고 ρ=M/L의 관계식에서 현의 밀도 ρ를 계산한다. 5) 과정 3), 4)의 값을 에 .. Engineering/물리학 2021. 9. 25.

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  일반물리학실험 | Energy in Simple Harmonic Motion TIP 1. 단순조화운동에 포함된 에너지를 확인한다. 2. 에너지 보존법칙을 만족하는지 확인한다. 단순 조화 운동에서 에너지 단순 조화 운동에서 에너지는 보존된다. 전체 에너지는 힘 상수 k와 진폭 A로 표현될 수 있다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) 노트북 뒷면의 [CHA] 포트에 센서 연결 케이블의 한쪽 끝을 연결하고, 다른 한쪽 끝을 모션 디텍터에 연결한다.(데스크탑을 사용할 경우 본체의 USB 포트에 인터페이스 연결 케이블의 한쪽 끝을 연결하고, 다른 한쪽 끝을 인터페이스에 연결한다. 인터페이스의 [CHA] 포트에 센서 연결 케이블의 한쪽 끝을 연결하고, 다른 한쪽 끝을 모션 디텍터에 연결한다.) 2) Excel 프로그램을 실행한다. 3) [과학실험] 란의 [실험 시트 만들기] 에서 [속도, 가.. Engineering/물리학 2021. 9. 15.

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  일반물리학실험 | 충돌-충격량과 운동량 TIP 1. 운동량과 충격량의 관계를 이해한다. 2. 경사각과 출발위치의 변화에 따른 충격량과 운동량 변화를 이해한다. 3. 급격한 충돌과 완충된 충돌에서의 힘과 시간의 관계를 이해한다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) Pasco 550 Universal Interface와 컴퓨터를 연결하고 전원을 켠다. 2) 컴퓨터 바탕화면에서 Pasco Capstone를 실행시킨다. 3) Capstone의 왼쪽 상단의 장치 도구에서 하드웨어 설정 창을 열고 하드웨어 설정 창 안의 Pasco 550 Universal Interface 그림의 디지털 채널 1을 운동 센서로 선택하고 아날로그 채널 A를 힘 센서로 선택한다. 4) 운동량은 실시간으로 얻어진 속도 값을 통하여 계산 된다. 이를 위하여 아래의 과정대로 계산기를.. Engineering/물리학 2021. 9. 12.

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  일반물리학실험 | S-CA를 이용한 콘덴서의 충방전 TIP 저항과 콘덴서로 이루어진 회로에서의 콘덴서에 인가되는 전압의 시간적 변화를 관측하고 회로의 용량 시간상수를 구한다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) 아래 그림과 같이 콘덴서 충방전 실험장치와 S-CA시스템을 준비한다. 2) 극성에 맞게 S-CA 서버의 직류전원장치를 실험장치의 전원부에 연결하고, 다이얼을 통 해 저항과 콘덴서를 원하는 값에 위치시킨다. 콘덴서 양단의 전압단자를 S-CA 서버의 입력단자 CH A에 연결한다. 3) PhysicsView 프로그램을 실행하고 인터페이스 분석, 데이터로그 보기를 선택한다. 4) S-CA서버의 전압조절 다이얼을 돌려, 5V 내외의 적정 전압을 인기하고, 실험장치의 스 위치를 충전에 위치시킨다. 데이터로그 보기 화면에서 시작을 클릭 입력되는 신호를 확인 한다... Engineering/물리학 2021. 9. 11.

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  일반물리학실험 | 감쇄 진동(Simple Harmonic Motion) TIP 용수철과 추를 이용한 감쇄 진동자의 주기와 시간에 따른 범위를 측정하여 단순 조화 진동과의 유사성과 차이점을 비교한다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) 마우스의 연결선을 노트북의 usb포트에 꽂는다. 이때 케이블이 움직이지 않도록 책상 바닥에 테이프로 붙여 고정한다. 2) 바닥 클램프의 회전나사를 돌려서 자에 고정된 마우스를 나무판에 충분히 접근시킨다. 용수철 진자를 진동시킬 때 노트북 화면의 마우스가 좌우로 동일하게 진동하는지 확인한다. 3) 마우스를 usb포트에서 분리시킨다. 4) mouse.vi 프로그램을 실행시키고 파일 이름과 위치를 지정한다. 5) 마우스를 usb포트에 연결시키고, 데이터를 저장할 파일이름과 위치를 지정한다. 6) 진동이 멎으면 마우스를 usb포트에서 분리시킨다. 7) s.. Engineering/물리학 2021. 9. 9.

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  일반물리학실험 | 탄도 진자 TIP 탄도진자를 이용하여 운동량 보존의 원리를 실험을 통하여 학습하고, 공의 초기속도를 계산해 본다. 탄동진자 또는 탄도진자(영어: Ballistic pendulum)는 발사대에서 탄환을 발사하면 발사된 탄환이 진자 끝에 달린 주머니에 실려 곡선을 그리며 올라간다. 이때 올라간 높이를 측정할 수 있다면 운동 에너지는 위치 에너지와 같다는 식을 이용하여 속도를 구하고 높이를 알 수 없다면 h식을 L-cos(올라간 각도)를 이용한다. 단 여기서 L은 진자의 길이이다. 일상생활에서 탄동진자는 화약이나 폭탄의 폭발력을 측정할 때 쓰인다. 발사대에서 화약을 이용해 탄환을 발사하고 값을 측정한 후 탄환의 속도를 구해 운동량 및 충격량을 측정한다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) 진자의 각도를 0에 놓고, 총 내에.. Engineering/물리학 2021. 9. 7.

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  일반물리학실험 | 철사의 강성률 측정 TIP 비틀림 진자를 사용하여 그 주기를 측정함으로써 철사의 강성률을 구한다. 강성률 외부에서 가한 힘에 대해 물체의 모양이 얼마나 변하는지를 나타내는 척도로, 외부의 힘에 의해서 모양은 변하지만 부피는 변하지 않는 경우에 모양이 변하는 비율을 나타낸다. 따라서 외부의 힘에 의해서 물체의 모양이 변하기 어려운 정도를 나타내는 것으로, 물질에 따라 고유한 값을 가지며, 이 값이 작은 것일수록 같은 힘에 대해 큰 변형이 나타난다. 탄성계수(彈性係數)의 하나. 층밀리기탄성률․전단탄성계수(剪斷彈性係數)라고도 한다. 비례한도(比例限度) 내에서 층밀리기변형(모양의 변화)을 일으키게 하는 전단응력(剪斷應力)과 그 때에 생기는 변형의 크기(각도로 표시되며 단위는 라디안을 사용한다)와의 비(比)를 말한다. 큰 강성률을 .. Engineering/물리학 2021. 9. 5.

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  일반물리학실험 | 뉴턴의 제1법칙 TIP 외부에서 힘이 가해지지 않으면 물체의 운동 상태는 변함이 없다. 관성의 법칙 마찰이 없는 경사면 A에 물체를 놓으면 같은 높이의 B까지 올라갈 것이다. 경사를 달리해서 실험을 해도 같은 높이인 C, D까지 올라갈 것이다. 따라서 곡면을 점점 내려서 한쪽면이 수평이 되게 하면 물체는 원래의 높이까지 올라가기 위해 등속 운동을 할 것이다. 이러한 사고 실험을 통해 마찰이 없으면 수평면에서 물체는 계속 초속도로 운동을 한다는 결론에 이르렀다. 뉴턴은 이러한 갈릴레이의 사고 실험을 정리해서 다음과 같은 결론을 내렸다. "물체에 외부에서 힘이 작용하지 않거나 , 작용하는 힘의 합력이 0일 때 정지하고 있는 물체는 계속 정지해 있고 운동하고 있는 물체는 계속 등속 직선 운동을 한다." 이를 관성의 법칙이라고.. Engineering/물리학 2021. 8. 25.

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  일반물리학실험 | 전반사 및 초점거리 TIP 1. 거울에 의한 반사에서 입사각과 반사각을 측정하여 반사의 법칙을 이해하고 빛의 굴절실험을 통해 굴절의 법칙을 확인하고 굴절률을 측정한다. 2. 렌즈의 초점거리를 결정하고 렌즈에 의한 상의 배율을 측정한다. 진행파가 진행 중인 매질과는 다른 매질 또는 불연속적인 변화가 있는 경계면에 부딪쳐 방향이 바뀌어 원래의 매질 속의 새로운 방향으로 진행하는 현상을 반사라 한다. 특히 파동의 경우 경계면이 평탄하면 경계면과 수직인 법선과 입사광선이 이루는 각, 즉 입사각과 경계면의 법선과 반사광선이 이루는 각, 즉 반사각은 동일하 게 되는데, 이러한 반사를 ‘정반사’라고 한다. 반면에 경계면이 파장에 비하여 평탄하지 않으면, 경계면의 요철이 파장과 같거나 크게 되면 반사파 는 여러 방향으로 진행하게 되는데,.. Engineering/물리학 2021. 8. 23.

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  일반물리학실험 | e/m측정 TIP Helmholtz coil을 이용하여 생성시킨 자기장 하에서 전자의 운동을 관측하여 자기장이 운동하 는 하전입자에 미치는 힘을 이해한다. 역사적 배경 1899년 영국의 물리학자 톰슨(Thomson)경이 라더퍼드(Rutherford)와 공동으로 그때까지 실체를 규명하지 못하고 있던 음극선의 비전하를 측정하여 전자의 존재를 예상하였고, 이미 알려져 있던 광전효과와 에디슨 효과(열전자현상)등을 바탕으로 하여 전자의 존재를 결정적으로 증명하였다. 이로서 물질을 구성하고 있는 기본적인 입자에 대한 탐구가 시작되었다. 곧이어 원자가 전자와 핵으로 구성되어 있다는 것이 알려지고, 그 핵도 양성자, 중성자 등으로 구성되어 있다는 것을 알게 되었다. 현재에 이르러 양성자, 중성자 등도 그것을 만들어 주는 더 기본.. Engineering/물리학 2021. 8. 22.

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  일반물리학실험 | 후크의 법칙 TIP 후크의 법칙을 알아보고, 용수철을 이용하여 용수철 상수를 구하여 본다. 후크의 법칙 용수철은 탄성을 가진 강철선을 나선형으로 꼬아서 만든 것으로 그것이 성형된 처음 의 길이에 비하여 훨씬 큰 길이 변화에서도 복원력을 내게 되어 있다. 길이가 변할 때 강철선이 비틀리게 되는데 비교적 길이변화가 크더라도 비틀리는 정도는 선형성 을 유지하는 한계 내에 있어 용수철저울처럼 힘이나 무게의 측정에 쓰인다. 용수철 의 복원력은 평형위치에서 벗어난 길이에 비례한다. 이를 후크의 법칙이라 하고 비례계수를 용수철상수라 한다. 즉, 후크 법칙은 물체에 가해진 하중과 그로 인해 발 생하는 변형량과의 관계를 나타내는 고체역학의 기본법칙으로서 1678년 영국의 R. 훅이 용수철의 늘어남에 대한 실험적 연구를 통해 발견하였.. Engineering/물리학 2021. 8. 17.

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  일반물리학실험 | 탄성계수 측정 TIP 탄성을 지닌 물질을 사용하여 당기는 힘을 바꿔가며 늘어난 길이를 측정하여 탄성계수를 알아본다. 물체에 외력이 작용하면, 늘어나든지 압축되든지 또는 비틀리게 된다. 이와 같이 물체를 변형시키는 힘을 변형력이라 하는데, 이는 단위면적 당 작용하는 힘이다. 그리고 변형은 물체의 변형된 정도를 나타내는 개념이다. 이러한 변형력과 변형이 충분히 작을 때는 이 두 양이 서로 비례하는데 그 비례상수를 탄성계수라 한다. 즉 아래와 같은 관계를 가진다. 탄성계수 = 변형력/변형 실험 방법 1. 실험 과정 1) 그림과 같이 에어트랙 위에 글라이더를 올려놓는다. 2) 에어트랙 끝과 글라이더를 용수철로 연결한다. 3) 처음 위치를 기록한다. 4) 글라이더에 추를 연결한 낚시줄을 연결한다. 5) 도드래를 에어트랙 반대편.. Engineering/물리학 2021. 8. 15.

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  일반물리학실험 | 용수철의 진동과 공진 TIP 용수철에 의해 진동하는 물체에서 자유 진동과 강제 진동의 특성을 이해한다. 단순조화운동 복원력은 어림잡아서 변위에 비례한다. 즉 평형에서 두 배 멀리 벗어나면 복원력도 두 배가 된다. 이러한 복원력은 평형으로부터 벗어난 정도가 작으면, 실제로도 잘 맞는다. 복원력이 작용한 운동을 단순 조화운동이라고 부른다. 즉, 평형점으로부터의 거리에 비례하는 진동운동이다. 용수철에 질량 m인 물체를 매단 후 x만큼 잡아당겼다 놓으면 특정 구간을 왕복한다. 용수철에 매단 물체가 정지해 있는 지점을 평형점이라 하면 평형점에서 운동에너지가 최대이고, 평형점에서 x만큼 떨어진 부분에서의 위치에너지가 최대가 되며 위아래로 진동하는 운동을 한다. 변위에 비례하는 복원력은 다음과 같이 표기 한다. 용수철 힘 F=-kx F=.. Engineering/물리학 2021. 8. 7.

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  일반물리학실험 | 오목렌즈 초점구하기 TIP 오목렌즈의 초점을 구해보자 렌즈의 두께가 물체거리 p, 영상거리 i, 그리고 렌즈 굴절구면의 곡률 반지름, 모두보다 작은 렌즈를 얇은 렌즈라 한다. 물체에서 나온 광선이 렌즈의 중심축과 이루는 각도가 크지 않을 때, 얇은 렌즈의 초점거리 f와 물체거리 p와 영상거리 i사이에는 구면거울의 경우와 같이 다음의 관계식이 성립한다. 오목렌즈에 빛을 주어주면 허상이 생긴다. 이렇게 생긴 허상을 볼록렌즈를 이용하여 실상이 나타나게끔 해준다. 그러면 그 실상을 가지고 위의 식을 이용하여 오목렌즈의 초점을 구할 수 있다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) 볼록렌즈로 스크린에 상을 맺히게 한 후(검은 선과 노란 상) 스크린의 위치를 측정한다. 2) 오목렌즈를 볼록렌즈와 스크린 사이에 놓은 후, 스크린을 뒤로 이동시.. Engineering/물리학 2021. 8. 2.