일반물리실험(1)-힘과 가속도

소개글

일반물리실험(1)-힘과 가속도 에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.측정값
2.실험결과
3.질문 및 토의
4.결론 및 검토

본문내용

끌때 힘의 크기가 어떤 값 이상이 되지 않으면 물체는 움직이지 않는다. 이것은 책상과 물체의 접촉면 사이에 마찰력 F가 작용하여 끄는 힘 K와 평형을 이루기 때문이다.
. 정지 마찰력은 물체와 접촉면에 따라 다르게 작용하고m 물체가 운동하는 방향에 정반대 방향으로 물체에 작용한다.
. 힘을 가하여도 물체가 정지하고 있거나 등속도 운동을 하고 있으면 외력과 마찰력의 크기는 같다.
※최대 정지 마찰력이란?
수평면 위에 정지하고 있는 물체에 수평 방향으로 외부의 힘(K)을 가하면 처음에는 움직이지 않는다. 외력을 점점 증가시키면 정지 마찰력의 크기도 같은 크기로 증가하다가 어떤
순간이 되면 물체가 움직이기 시작한다. 이때 작용하는 마찰력이 정지 마찰력중에서 가장 크기 때문에 최대 정지 마찰력이라고 한다.
⇒우선 지금 같은 실험 장치에서 초대한 마찰을 줄이기 위해서는 차량 바퀴에서의 마찰을 최소한으로 줄이고 바퀴와 트랙의 마찰을 키워서 바퀴가 트랙에서 미끄러지는 일이 없도록하는 것이다. 바퀴의 마찰을 줄이기 위해선 우선 정교하게 바퀴를 제작하고 그에 윤활유를 이용하는 방법이 있을 수 있다.
이보다 좀 더 확실히 마찰을 줄이는 방법으로는 차량의 바퀴를 제거하고 트랙에 작은 구멍을 만들어서 그 구멍에서 공기가 나오게 하는 방법이다. 이로써 차량을 완전히 바퀴위에 떠서 다니게 함으로써 마찰을 많이 줄일 수 있을 것이다.
그리고 최적의 방법은 실험 장치를 진공 속에 집어넣고 차량을 자기력을 이용해서-자기부상열차와 같이 제작(트랙과의 마찰력 최소화)을 하여 만드는 것이다. 이로서 우리가 예상할 수 있는 모든 마찰을 줄일 수 있을 것이다.
4.결론 및 검토
이번 실험을 통해서 우리는 힘과 가속도의 관계 (Newton 제2법칙)에 대하여 알아보았다.
첫 번째 실험에서 질량과 가속도의 관계에 대하여 알게 되었다. 이론상 질량이 증가하면 증가할수록 가속도는 점차 감소하여야한다.(힘이 일정한 경우) 하지만 다섯 번의 측정 중에서 이 이론에 부합하지 않는 측정치가 나오게 되어 정확한 그래프를 그리지 못하였다. 그리고 구해진 가속도와 질량을 이용하여 팬의 힘을 구할 수 있었지만 일정한 값이 도출되지 못하고 모두 다른 값이 도출되었다. 만약 질량이 증가할수록 점차적으로 힘이 작아졌다면 마찰력이 증가하였기 때문에 알짜힘이 줄어들었다고 추측가정을 할수있지만 이 실험의 경우는 그렇게라도 말을 할 수가 없다. (마찰력은 수직항력에 비례하고 그 수직항력은 수평운동에서 물체의 질량과 중력가속도의 곱에 해당한다.)
두 번째 실험에서는 힘과 가속도가 벡터량임을 알 수 있다. 만약 힘과 가속도가 벡터량이 아니었다면 각도가 변한다고 하더라도 일정한 가속도와 힘의 크기가 측정되어야 한다. 하지만 이 실험에서는 각도의 변화에 따라 서로 다른 결과가 도출되었다. 가속도가 코사인에 비례하기 때문에 각도가 증가함에 따라서 전체 가속도는 코사인 그래프와 비슷한 모양으로 감소하는 것이 이론상 맞는 모양이다. 우리 실험에서는 완전한 코사인 그래프가 나오지는 않았지만 점차 감소하며 감소하는 정도가 점점 커지는것을 확인할 수 있었다. 두 번째 실험에서는 어느 정도 정확한 결과가 나왔다고 생각이된다.
※오차가 발생한 이유는 무엇인가?※
오차가 발생한 이유를 모두 찾겠다면 정말 수없이 많을 것이다. 이 실험에서는 트랙과 자동차 바퀴와의 마찰력, 공기저항 등은 없다고 가정하고 실험에 임하며, 실험 시작 전에 정확한 수평계로 확실한 수평을 잡아야한다.
하지만 이 글에서는 수평계의 부정확성에 따른 오차발생에 대해서 언급하겠으며, 이 실험에서 사용한 수평계가 부정확함을 확인하기위해 했던 과정을 언급하겠다.
실험 시작 전 모든 학생들이 수평을 맞추지 못하고 실험에 임하였다. 물론 나도 수평을 확실히 잡지 못하고 실험을 시작하였다. 여기서 나는 왜 모든 학생들이 결국 수평을 잡지 못하고 실험을 하였을까하는 의문을 갖게 되었다. 실험 중간에 조교님께서 수평이 맞지 않기 때문에 오차에 관해서 꼭 언급하라며 많은 설명을 해주셨다. 하지만 오차를 생각하여 불확실도를 언급하기 전 수평계를 의심해봐야 한다는 생각을 하였으며 자리를 옮기며, 수평계의 위치를 바꿔가며 확실한 수평을 잡기위해 부단히 노력하였지만 결국 수평을 잡지 못하였고, 조교님께 이의를 제기했다. 실험이 모두 끝난 후, 조교님과 07학번 장화윤 학생과 함께 수평계의 부정확함을 확인하기에 이르렀다. 처음 물리관에서 학부생들이 사용하는 ‘광학테이블’을 교수님 도움으로 찾아 수평계로 수평을 확인해 보았다. 하지만 수평계의 세 공기방울 중 어느 것 하나 제대로 수평을 이루는 것은 없었다. 이에 더 정확한 확인을 위하여 대학원생들이 사용하며 확실한 수평이 잡혀있다는 광학테이블을 찾기 위하여 ‘공동실험실습관’으로 갔다. 공동실험실습관 208호에는 커다란 광학테이블이 있었으며 수평계로 모두 두 곳을 확인해 보았다. 처음 확인을 한 곳에서는 세 개의 공기방울 중 단 하나만이 정위치를 찾았으며 나머지 두 공기방울은 한 쪽으로 기울어있었다. 두 번째로 확인을 한 곳에서는 세 공기방울 모두 정위치가 아닌 한 쪽으로 기울어있음이 확인되었다. 이것으로 “힘과 가속도”실험에서 사용되어진 수평계는 정확하지 않은 것으로 결론을 내렸다. 아래 사진을 첨부하여 이해를 돕도록 하겠다.
수평계의 정확함을 확인하는데 사용한 공동실험실습관 208호실 내에 있던 광학테이블.
공동실험실습관에서 첫 확인 과정 중 공기방울의 위치를 나타내는 사진.(오른쪽의 공기방울을 제외하고는 제대로 된 위치를 잡지 못 하고있다.)
위의 사진에서 가장 오른쪽 공기방울을 확대한 사진.
(유일하게 수평을 잡고 있는 공기방울이다.)
두 번째 확인과정 중 수평을 이루지 못하고 있는 세 개의 공기방울 중 하나를 확대한 사진.1
두 번째 확인과정 중 수평을 이루지 못하고 있는 세 개의 공기방울 중 하나를 확대한 사진.2
(단 하나의 수평계로 전체의 수평계가 정확한지 부정확한지의 결론을 내린다는 것에 어폐가있음을 인정한다. 이 확인과정에서 사용한 공동실험실습관의 광학테이블은 정확한 수평을 이루고 있음을 확인하고 그로인해 결론을 도출하였음을 밝힌다. )

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