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  일반물리학실험 | Linear Air Track TIP 탄성, 비탄성 충돌의 의미를 알고, 그에 대한 운동량 보존을 알아본다. 본 실험에서는 탄성, 비탄성 충돌의 의미를 알고, 그에 대한 운동량 보존을 알아보기 위해 Linear Air Track 실험을 실시하였다. Linear Air Track은 압축 공기를 수많은 작은 구멍을 통해 분출시켜 글라이더를 공중에 뜨게 함으로써 글라이더가 마찰이 없이 움직일 수 있도록 해주는 장치로서 마찰이 없는 이상적인 실험조건의 수평 미끄럼판에서 1차원적 등가속도 운동하는 물체의 역학적 특성을 관찰할 수 있도록 도와주었다. 운동량 보존의 법칙 운동량 보존법칙은 에너지 보존법칙과 함께 자연현상을 지배하는 기초법칙이다. 운동의 제2법칙에 따르면 힘은 질량과 가속도의 곱 또는 운동량의 시간변화율로 나타난다. 따라서 외부의 .. Engineering/물리학 2021. 4. 18.

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  일반물리학실험 | 운동의 이해 TIP 1. 운동센서를 이용하여 운동하는 물체의 시간-변위와 속도-시간 사이의 관계를 알아보고 이해하자. 2. 물체의 운동에 대해 이해하기 위해서 시간-변위 사이의 관계를 알아보고 속도-시간 사이의 관계를 알아보는 것이 목적이다. 물체의 운동은 속도가 일정한 운동과 속도가 시간에 따라 변화는 운동으로 나눌 수 있다. 속도가 일정한 운동은 시간-변위 사이의 관계를 통해 알 수 있고, 속도가 시간에 따라 변화는 운동은 속도-시간 사이 관계를 통해 알아 볼 수 있다. 운동은 물체의 위치가 시간에 따라 변화는 현상이다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) 인터페이스를 컴퓨터에 연결한다. 2) 프로그램은 Pasco Capstone 프로그램을 사용한다. 3) 인터페이스를 켜서 실행한 Pasco Capstone의 메뉴막.. Engineering/물리학 2021. 4. 13.

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  일반물리학실험 | 정지마찰계수의 측정 TIP 1. 두 물체의 접촉면 사이에 작용하는 정지마찰계수를 측정한다. 2. 두 물체의 표면 사이에 마찰력현상을 분석하여 수직항력, 접촉면의 재질, 접촉 면적과의 관계에 대해 알아본다. 특히 정지마찰계수를 측정한다. 정지하고 있는 물체에 힘을 가하면 마찰력은 물체의 수직방향의 분력에 비례하는데 이 비례상수를 정지마찰계수라고 하며 접촉하는 물체와 접촉면의 상태로 정해 진다. 마찰계수의 측정 방법 1. 나무토막의 질량을 변화시켜 가면서 용수철 저울로 나무토막을 끌어서 나무토막이 움직이기 바로 직전의 저울 눈금을 조사한다. 2. 판 위에 물체를 올려놓고 판을 서서히 기울였을 때 물체가 미끄러지기 직전의 각도를 측정한다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) 경사면장치를 수평으로 맞춘다. 2) 넓은 나무토막 시료의 .. Engineering/물리학 2021. 4. 11.

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  일반물리학실험 | 정적 평형 상태 TIP 정지한 상태(정적평형상태)의 물체에 대해 이해하자 평형(equilibrium) 상태 평형 상태에 있다는 것은 물체가 정지하고 있거나 일정한 속도로 직선운동을 하며 물체가 전혀 회전하지 않거나 일정한 각속도로 회전하는 것을 의미 한다. 즉 평형상태에 있는 물체는 다음 두가지 조건을 만족해야 한다. 실험 방법 실험1 용수철 저울을 이용한 나무토막 및 양팔 저울의 질량 측정 1) 그림 1(a)질량을 알고 있는 추를 용수철 저울에 매달아 용수철의 늘어난 길이를 기록하자. 2) F=mg=k△y를 이용하여 용수철 상수를 계산한다. 이때 중력 가속도는 9.80m/s2을 사용한다. 3) 그림 1(b)용수철 저울에 실험 2에 사용할 나무토막을 매달아 용수철의 늘어난 길이를 기록하고 나무토막의 질량 m나무토막을 계.. Engineering/물리학 2021. 4. 10.

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  일반물리학실험 | 전기 에너지의 의한 열의 일당량 측정 TIP 1. 전류의 열작용으로 발생된 열량을 측정하여 열의 일당량을 측정한다. 2. 전기 에너지에 의해 발생된 열 에너지를 측정하여 열의 일당량을 구한다. 열의 일당량 열은 역학적 일로 역학적 일은 열로 서로 전환 될 수 있다. 열과 일의 비례관계를 열의 일당량이라고 한다. 물에 고무풍선을 띄우고 물의 온도를 서서히 높이면, 고무풍선은 서서히 부푼다. 이렇게 열은 고무풍선을 부풀리는 일을 할 수가 있다. 이러한 열과 역학적인 일 사이의 관계를 열의 일당량이라고 한다. 열은 그 열을 담고 있는 물질의 종류에 따라 열량으로 나타 낼 수가 있으며 칼로리(㎈)로 표시한다. 또한 역학적인 일은 줄(J)로 표시한다. 1㎈가 4.2J의 역학적 일을 할 수 있다는 것을 알았다. 실험 방법 실험은 열량계의 몰당량 측정과.. Engineering/물리학 2021. 4. 7.

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  일반물리학실험 | 현의 진동 - 정상파 TIP 현의 진동을 관찰하여 정상파를 이해하고 초기 조건 및 경계 조건의 요인에 따른 관계를 확인한다. 양쪽 끝이 고정된 길이 L의 줄에서 양쪽 끝으로 입사하고 반사하는 파동의 연속적인 중첩으로 줄에 정상파가 생긴다. 이 줄에는 파동에 대한 경계 조건이 존재하게 되는데 줄의 양쪽 끝은 고정되었기 때문에 양쪽 끝에서의 변위는 0이고, 정의에 따라 마디가 됨을 알 수 있다. 이런 경계 조건 때문에 줄에는 고유의 진동 모양을 갖고 있는 다수의 고유 모드가 존재할 수 있다. 고유 모드에서 항상 정지된 마디를 제외하면, 줄의 모든 요소들은 같은 진동수로, 하지만 서로 다른 단조화 진폭으로 진동한다. 줄에 대한 고유모드는, 양끝이 마디이고 마디와 배는 1/4 파장만큼 떨어져 있다는 필요 조건을 집어넣어 구할 수 있.. Engineering/물리학 2021. 4. 4.

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  일반물리학실험 | 열의 일당량 TIP 전류가 흘러 도선에서 발생된 열량을 측정하여 열의 일당량을 측정한다. 에너지 보존법칙은 에너지의 형태가 변화될 수 있으나 그 때의 에너지양은 변화되지 않음을 의미한다. 이러한 이유로 역학적 에너지는 열에너지로 열에너지는 역학적 에너지로 변화시킬 수 있다. 이 경우 1㎉의 열량이 몇 Joule에 해당하는가를 열의 일당량이라 한다. 따라서, 일 W와 열량 Q사이에는 W=JQ ······ (1) 의 관계가 성립하며 이 때 J가 열의 일당량이다. 한편, 저항 R의 저항선에 전류 I가 t초 동안 흐르면 열을 발생시키는데 이때 사용된 전기에너지는 W = I2Rt = VIt(J) ······ (2) 이다. 전기 에너지에 의해 발생된 열은 열량계 속의 물과 용기의 온도를 T1에서 T2로 상승시키며 이 열량 Q는.. Engineering/물리학 2021. 4. 3.

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  일반물리학실험 | 현의 진동 TIP 추와 추걸이를 실에 연결하고, 진동기를 사용하여 파동을 만들어 정상파를 형성하는 주파수를 측정하고, 진동기에 가까운 마디까지 배의 수와 지지대로부터 이 마디까지의 거리를 측정하여 파장을 구하고, 주파수와 구한 파장을 이용해 전파속도를 구한다. 현의 진동 줄에서의 정상파는 양끝과 고정점이 마디가 되는 정상파로, 줄의 양끝을 고정시키고 줄의 중간지점을 진동시키면 줄 전체가 하나의 구간을 이루는 정상파가 생긴다. 이러한 진동을 기본 진동이라 하며 이때 나오는 소리를 기본음이라 한다. 줄을 2구간, 3구간으로 나누어 진동시키는 것을 배진동이라 한다. 진동수는 줄에서의 파동 속도와 줄의 길이, 굵기에 의해 정해진다. 따라서 줄을 당기는 힘(줄의 장력)을 크게 하여 조율하면 파동의 속도가 증가하여 진동수가 .. Engineering/물리학 2021. 3. 30.

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  일반물리학실험 | 음극선관의 편향장치 TIP 음극선관내 전기장에 의한 전자의 편향 현상을 실험을 통해 직접 확인한다. 음극선관(CRT) 고진공전자관으로 유리관으로 이루어진 실험 장치이다. 음극에서의 강한 전기장효과를 이용하여 음극선을 발생한다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) 실험장치와 전원 장치를 리드선으로 정확하게 연결한다. 2) 튜브내에서 전자의 경로를 명확하게 볼 수 있도록 실험실을 약간 어둡게 한다. 3) 전원 공급 장치의 전원 스위치를 켠다. 4) 튜브내 히터부위를 관찰하여 붉은 빛이 감지되면 전압 조절 스위치로 서서히 전압을 높이면 튜브내에서 푸른 광선(전자선)이 나타난다. 5) 편향판에 전기장을 가해 전자의 편향 방향을 상, 하 방향으로 실험 후 결과 정리한다. 6) 4)와 5)의 실험을 다른 조건으로 반복 실험한다. 7) 데.. Engineering/물리학 2021. 3. 25.

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  일반물리학실험 | Jolly 튀게 저울에 의한 표면장력 측정(Jolly 용수철 저울을 이용한 표면장력 측정) TIP Jolly 용수철 저울을 이용하여 액체의 표면장력을 측정한다. 점성 점성이란 물분자가 상대적인 운동을 할 때 분자간, 혹은 물 분자와 고체경계면 사이에 마찰력을 유발시키는 물의 성질을 말하며 이는 물분자간의 응집력 및 물분자의 다른 분자간의 점착력 등의 상호작용에 의하여 나타난다. 물 내부에 상대운동이 있으면 점성 때문에 경계면에서 운동에 저항하는 내부 마찰이 작용하여 상대운동은 차차 감소한다. 이와같이 유체의 점성 때문에 받는 힘을 점성력이라 한다. [그림]과 같이 두 장의 수평판 사이에 유체가 채워져 있을 때 이 판에 일정한 수평방향의 힘 F를 가하면 판은 가속되다가 곧 일정한 속도U를 가지게 된다. 움직이는 면에 접촉하고 있는 액체는 면과 같은 속도를 가지게 되고, 정지한 면에 접촉하고 있는.. Engineering/물리학 2021. 3. 21.

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  일반물리학실험 | 에어테이블을 이용한 2차원 충돌 TIP 마찰이 없는 판 위에서 두 입자의 충돌 과정은 두 입자에 가해지는 힘이 내력뿐이므로, 계의 운동량은 충돌 전후에 보존되어야 한다. 본 실험은 에어테이블에서의 2차원 충돌 실험을 통해 운동량 보존의 법칙을 확인하고, 에너지 변화를 살펴본다. 2차원 충돌을 하는 입자의 경우 충돌 과정에서 이 계에 작용하는 힘은 서로 밀치는 힘으로 두 입자에 같은 크기, 그러나 서로 반대 방향으로 작용하여 계 전체로는 상쇄된다. 이러한 힘을, 내력(internal force)이라고 부르며 이 특성은 물체에 가해지는 힘의 작용 반작용의 법칙(law of action and reaction)에서 기인한다. 내력만이 작용하는 계(즉, 고립된 계)의 선운동량은 보존되므로, 두 입자의 충돌 전후에 입자 계의 총 선운동량은 같다.. Engineering/물리학 2021. 3. 16.

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  일반물리학실험 | 에어테이블을 이용한 속도의 벡터합 TIP 에어테이블을 이용하여 등속도 운동을 하는 물체의 속도를 구하고 속도의 x성분 및 y성분을 구하여 각각의 성분의 합이 전체 속도의 크기와 같음을 실험하고 영상분석 실험장치(I-CA 시스템)의 사용법을 익힌다. 에어테이블 물체사이의 마찰을 없애기 위해 테이블에 구멍을 뚫어서 공기가 나오게 한 장치를 에어테이블이라 하는데 이를 통해 등속운동 및 가속운동, 충돌을 실험할 수 있다. 위쪽에 설치되어 있는 카메라로 퍽이 움직이는 모습을 찍어서 다시 재생시켜 주는 영상을 통해 물체의 등속운동과 가속운동의 차이를 알아 볼 수 있다. 에어테이블은 바닥에 촘촘히 구멍이 뚫어져 있고 이 아랫쪽에 에어 덕트를 설치하고 덕트 입구 부분에서 고속 송풍기를 사용하여 바람을 에어테이블로 불어주게 된다. 공기가 에어테이블 바닥.. Engineering/물리학 2021. 3. 13.

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  일반물리학실험 | 동영상 장비를 이용한 자유낙하 TIP 1. 자유낙하하는 물체와 수평방향의 초기속도를 가지고 떨어지는 물체에 대하여 각각의 경우 중력가속도를 측정하고 그 차이가 없음을 확인한다. 2. 중력을 받아 운동하는 물체를 분석할 수 있다. 등가속도 운동하는 물체의 운동을 분석하여 위치, 속도, 가속도를 구할 수 있다. 등가속도 운동하는 물체의 위치, 속도, 가속도를 시간의 함수로 나타낼 수 있다 질량이 m인 물체가 지표면 근처에서 낙하할 때 물체가 받는 중력은 로 주어진다. 여기서 G는 만유인력 상수이고, M은 지구의 질량, r은 지구와 물체 사이의 거리이다. 지면으로부터 물체까지의 거리가 지구의 반지름 R에 비해 매우 작은 경우 식에 주어진 거리는 r≈R로 쓸 수 있으므로 중력 F는 다음과 같이 나타낼 수 있다. 여기서 g=GM/R2 (9.8.. Engineering/물리학 2021. 3. 8.

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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.