일반물리실험 자료 구심력 측정 보고서

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일반물리실험 자료 구심력 측정

[일반물리실험]구심력 측정

구심력 측정

1. 목 적
질량, 회전 반경 등의 회전 운동 변수가 달라질 때 구심력을 측정하고, 구심력과 회전 운동 변수와의 관계를 이해한다.

2. 이 론
물체가 반지름 인 원의 원주 상에서 등속 원운동 할 때 구심 가속도 는
(1)
으로 주어진다. 여기서 는 접선 방향의 속도이고 는 각속도이다 (). 이 구심 가속도는 다음 두 가지 방법으로 구할 수 있다.

(1) 해석학적 방법
그림 1 원운동

그림 1에서처럼 원운동하는 물체의 변위는 다음과 같이 표시할 수 있다.
,
. (2)
여기서 는 시간 에서의 초기각이다. 이 식을 시간에 대해 한번 미분하면
,
(3)
이 되고, 따라서 속도의 크기는
(4)
가 된다. 식 (3)을 다... 구심력 측정

1. 목 적
질량, 회전 반경 등의 회전 운동 변수가 달라질 때 구심력을 측정하고, 구심력과 회전 운동 변수와의 관계를 이해한다.

2. 이 론
물체가 반지름 인 원의 원주 상에서 등속 원운동 할 때 구심 가속도 는
(1)
으로 주어진다. 여기서 는 접선 방향의 속도이고 는 각속도이다 (). 이 구심 가속도는 다음 두 가지 방법으로 구할 수 있다.

(1) 해석학적 방법










그림 1 원운동

그림 1에서처럼 원운동하는 물체의 변위는 다음과 같이 표시할 수 있다.
,
. (2)
여기서 는 시간 에서의 초기각이다. 이 식을 시간에 대해 한번 미분하면
,
(3)
이 되고, 따라서 속도의 크기는
(4)
가 된다. 식 (3)을 다시 시간에 대해 미분하면 가속도는
,
(5)
로 주어진다. 식 (5)와 (4)로부터 가속도의 크기는
(6)
이 되고, 식 (5)와 (2)를 비교하면 이 가속도의 방향이 변위와 반대 방향, 즉 원의 중심을 행하는 방향이라는 것을 알 수 있다.

(2) 기하학적 방법










그림 2 기하학적 방법으로 구심 가속도 구하기

그림 2(a)는 원운동을 하는 물체의 시간 와 에서의 속도 와 을 보여주고 있다. 이 두 속도의 차이 의 크기는 각 가 작을 때 그림 2(b)에서 이다. 한편 그림 2(a)에서 이므로, 가속도의 크기는
(7)
이 된다. 한편 가 0으로 가는 극한에서 는 에 수직인 방향, 즉 원의 중심을 향하는 방향이므로 가속도 의 방향도 원의 중심을 향하게 된다.

질량 이 수평면에서 반지름 인 원의 원주를 따라 등속 원운동 할 때, Newton의 운동 법칙에 따라 구심력 는 다음과 같은 식으로 주어진다.
. (8)
접선 속도 와 주기 의 관계는
(9)
로 주어지므로, 구심력 는
(10)
가 된다.

3. 실험 기구
삼각스탠드, 회전스탠드, 중앙 표시 기둥 (표시지침, 용수철, 용수철 조절나사 포함), 측면 추걸이 기둥, 3중 고리 추, 클램프 달린 도르래, 추와 추걸이 세트, 실, 저울,
초시계, DC 모터, 파워서플라이, 고무 밴드



4. 실험 방법

(1) 회전반경이 달라질 때 (구심력 일정, 3중 고리 추의 질량 일정)
1) 삼각스탠드의 수평을 맞춘다.
2) DC 모터를 삼각스탠드에 고정하고 고무 밴드로 모터와 삼각스탠드를 연결한다.
3) DC 모터를 파워서플라이에 연결하고 작동여부를 확인한 후, 다시 정지시킨다.
4) 3중 고리 추의 질량()을 재서 표에 기록한다.
5) 회전스탠드 중심에 중앙 표시 기둥을 설치하고, 그 가까운 왼편에 측면 추걸이 기둥을 설치하고, 위치를 기억해 둔다. 마지막으로 회전스탠드 왼쪽 끝에 도르래를 설치한다.
6) 회전스탠드와 삼각스탠드를 연결하고 나사로 조여주어 빠지지 않게 한다.
7) 3중 고리 추를 실을 이용해 측면 추걸이 기둥에 매달고, 한쪽 고리는 중앙 표시 기둥의 표시지침에 매다는데, 풀리지 않게 튼튼하게 매듭짓는다.
8) 이때, 연결된 실이 헐거우면 안 되며 팽팽하지만 측면 추걸이 기둥에 대해 세로로 평행을 이룰 수 있도록 연결해야한다.
9) 반대쪽 고리는 도르래를 통해 추걸이에 매단다. 이 때 3중 고리 추는 추


자료출처 : https://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?xid=a&kid=b&pk=11041126&sid=leesk55&key=



[문서정보]

문서분량 : 7 Page
파일종류 : HWP 파일
자료제목 : 일반물리실험 자료 구심력 측정
파일이름 : [일반물리실험]구심력 측정.hwp
키워드 : 일반물리실험,구심력,측정,자료
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