강체의 공간 운동

소개글

강체의 공간 운동에 대한 보고서 자료입니다.

목차

강체의 공간 운동

1. 실험 목적

2. 실험 원리

3. 실험 방법

4. 실험 결과

5. 실험 고찰

본문내용

금속구와 마우스 볼의 두 가지 경우 모두 운동을 시작하기 전에 가지고 있던 위치에너지 보다 트랙을 떠날 때 에너지가 적었다. 이론상 두 위치에서의 에너지 값은 같아야 하는데 실험에서 에너지가 줄어든 것으로 나온 것은 오차로 간주할 수 있다. 이것은 원형트랙을 가까스로 지나는 높이를 측정한데서도 이론값보다 실험값이 더 큰 높이를 나타내는 것으로 보아 중간에 역학적 에너지의 손실이 발생했음을 알 수 있다.
5. 실험 고찰
오차의 원인과 해결 방안
1. 오차의 가장 큰 원인은 쇠구슬 또는 마우스 볼 과 트랙 사이의 마찰에 의한 역학적 에너지 손실이라고 볼 수 있다. 그렇게 생각하는 이유는 금속구의 경우가 마우스 볼 보다 오차, 즉 에너지 손실이 크기 때문이다. 손으로만 만져 보아도 쇠구슬 보다는 마우스 볼의 마찰계수가 큼을 알 수 있는데, 이렇게 되면 마찰력이 커진다. 이때 마찰력이 커짐으로써 마찰에 의한 역학적 에너지 손실이 더 커진다고 생각할 수도 있으나 마찰력에 의해 손실되는 에너지는 마찰력과 미끄러진 거리의 곱으로 나타난다. 즉, 마찰력이 커지는 것 이상으로 공이 미끄러지는 거리는 줄어들고 이에 따라 전체적인 에너지 손실은 감소한다. 만약 마찰력이 더욱 커져서 전혀 미끄러지지 않을 정도 까지 간다면 마찰력에 의한 역학적 에너지 손실은 0이 될 것이다. 즉 이 실험에서 이상적인 상태는 공과 트랙사이가 전혀 미끄러지지 않고 순수하게 굴러내려오는 상황인데 이런 상황은 물체의 질량에 비해 마찰계수가 아주 클 대 가능 하다. (즉, 회전 관성에 비해 마찰력이 커야 미끄러짐 없이 굴러 내려 올 수 있다.)따라서 좀더 마찰 계수가 큰 공을 사용하면 오차를 줄일 수 있을 것으로 생각한다.
2. 그 다음으로 생각할 수 있는 오차의 원인은 물체와 공기사이의 마찰에 의한 역학적에너지 손실이다. 공기에 의한 오차는 물체의 운동에 관한실험을 할 때 항상 존재하는 것으로 실험실을 진공으로 만들지 않는 한 계속 존재한다.
3. 다음으로는 측정의 부정확성을 들 수 있다. 출발점의 높이를 잴 때 자가 수직이 아니었거나 책상이 수평이 아니고 약간 기울어 있었다거나 θ를 잘못 측정했을 가능성, xf를 잘못 측정했을 가능성 등 모두 측정 기구의 정밀도와 관측자에 부주의의 따르는 것으로 좀 더 정밀한 도구를 상용하고 주의 깊은 관찰을 함으로써 줄일 수 있는 것이다.
4. 미미하지만 계산과정에서 유효숫자로 표기하면서 생긴 오차도 있다. 이것은 계산 결과를 소수 점 한참 아래 까지 쓴다고 해도 실험 측정 자체의 부정확성이 존재하므로 그 의미가 없기 때문이다.
결론
실험의 목표는 경사면과 원주궤도를 따라 굴리는 과정에서 구의 회전 운동에너지를 포함하는 역학적 에너지 보존을 확인하는 것이었다. 비록 실험 결과 자체에는 오차가 상당부분 있어서 명쾌하게 역학적 에너지의 보존을 확인하기 어려웠지만 오차의 원인을 생각하고 탐구하는 과정에서 회전체가 굴러갈 때 마찰력 증가에 따른 마찰에 의한 에너지손실이 어떻게 되는지와 실험결과 측정의 중요성에 대해 생각해볼 기회를 가질 수 있었다.

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