강체의 공간운동 결과 보고서

목차

1. Motion of a Solid Sphere, Part 1
1) 물리량 측정
2) 측정 값
3) 물리량 계산 방법
4) 실험 결과

2. Motion of a Solid Sphere, Part 2
1) 물리량 계산 방법
2) 실험 결과
3) 결과 비교

3. Motion of Cylinders
1) 기본 물리량 측정 결과
2) 물리량 계산 방법
3) 실험 결과
4) 결과 정리

4. 실험 결과 분석

5. 토의 및 건의 사항
1) 오차 원인 분석

본문내용

Experiment 1
실험 1에서는 원 궤도를 따라 구형 강체를 운동시켰을 때, 궤도상의 최소 및 최대 높이에서의 구형 강체의 속력을 측정해보았다. 이론적으로 살펴봤을 때, 최소 높이에서의 속력은 와 같이 주어지고, 최대 높이에서의 속력은 과 같이 주어지게 되는데, 동영상 측정을 통해 강체의 좌표를 정한 결과를 토대로 그린 그래프의 기울기, 곧 속력을 측정해보았을 때 오차가 약 20% 정도로 실험값과 이론값이 비교적 큰 차이를 보임을 확인해볼 수 있었다.

Experiment 2
실험 2에서는 앞선 실험 1과 같은 형태의 기구를 이용하여 강체가 원운동을 할 수 있게 하는 최소 초기 높이를 구하는 실험을 진행해보았다. 강체가 궤도를 이탈하지 않게끔 하는 최소 높이에서 강체를 하강 시켰을 경우, 원궤도상의 최고점에서 강체에 작용하는 구심력과 중력의 크기는 같게 되며, 이 때 최소 초기 높이는 로 원 궤도의 반지름과 비례하는 값을 가지게 된다. 실험 2에서도 앞서와 마찬가지로 약간의 오차가 발생하였으나, 실험결과로부터 원운동을 성립하게끔하는 최소 조건을 확인해볼 수 있었다.

Experiment 3
실험 3에서는 다양한 형태의 원통형 강체의 운동을 통해 원운동을 하는 강체의 속력에 강체의 형태가 미치는 영향을 일부 알아볼 수 있었다. 이 경우 강체의 속력은 와 같이 나타나게 되는데, 이 때 c는 강체의 외경과 내경의 비율이 n:1인 경우 과 같이 구할 수 있으므로, 반드시 임을 고려했을 때, 외경과 내경의 크기가 비슷할수록, 즉 구멍이 더 크게 나 있을수록 더 큰 값을 가지게 됨을 알 수 있다. 즉, 구멍이 큰 강체일수록 속력의 증가 비율이 작음을 알 수 있는데, 실제 실험 결과상에서는 실험값과 이론값이 큰 차이를 보이지 않았을 뿐더러 2가지의 강체를 비교했을 경우엔 예상한대로의 결과를 확인해볼 수 있었으나, 전체적으로는 중간 크기의 구멍을 뚫어놓은 강체의 속력 값이 경향성을 벗어나는 모습을 보였다.

토의 및 건의 사항
1) 오차 원인 분석
PASCO 장비를 이용하여 비교적 정확한 값을 얻을 수 있었던 이전의 실험들과는 달리, 이번 실험은 동영상 측정을 통한 영상결과 값을 이용했던 관계로 전체적인 오차발생이 불가피했던 것으로 보인다.

참고 자료

『University Physics』 13th edition by Young & Freedman, ADDISONWESLEY
『일반물리학』9th edition by D. Halliday, R. Resnick, J. Walker.