[일반물리] 관성 모멘트의 측정 실험

소개글

[일반물리] 관성 모멘트의 측정 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

2. 이론 및 원리
3. 실험 기구 및 장치
4. 실험 방법
5. 검토

본문내용

전할 수 있게 장착하고 앞의 1) - 4)의 과정을 반복하여 관성 모멘트를 구한다.
2) 기하학적인 모양으로부터 계산되어진 관성 모멘트와 실험에 얻어진 관성 모멘트를 비교한다.
주의 사항
1. 추가 가장 낮은 위치에 있을 때 바닥과 충돌하지 않는 범위에서 낙하거리가 긴 쪽이 실험에 유리하다.
2. 모든 장치는 운동시 이동이나 진동이 없도록 단단히 고정시켜야 한다.
참고
물체가 t초 동안 이동한 총 거리 :
일반물리실험 결과보고서
1. 실험 목적
원반과 링의 회전운동을 통하여 각각의 관성 모멘트를 측정하고 이론적인 값과 비교한다.
2. 이론 요약
이번 실험은 추의 중력으로 인한 운동에너지를 마찰력으로 전이시켜 원반을 돌림으로써 원반의 관성모멘트를 구하는 실험이었다. 그리고 구해본 관성모멘트와 이상적으로 구해져야할 기하학적 관성모멘트를 비교해본다. 첫 번째 실험에서는 도르래의 관성모멘트를, 두 번째와 세 번째 실험에서는 원반의 관성모멘트를 구하는데 두 실험의 차이는 원반이 회전축과 수직일때와 나란할때의 차이에 대한 것을 알아보는 실험이었다.
3. 방법 요약
1) 삼각스탠드에 달린 3단 도르래에서 2단의 지름(2)을 측정한다.
2) 표적구와 추의 무게를 잰다.
3) 1단에 실로 매듭을 짓고 홈을 이용해 2단에 실을 감는다.
4) 표적구와 실을 연결한 후, 도르래 위에 올려놓는다.(상황에 따라서 무게를 늘리기 위해 추와 함께 연결한다.) 삼각스탠드의 고정 나사를 이용해 실이 풀리는 방향과 도르래의 방향을 일직선이 되도록 만든다.
5) 추가 낙하 하는 운동에서 I-CA system을 이용하여 (제1장 자유낙하 실험 매뉴얼 참고) 추의 가속도를 구한다.
6) 위의 과정을 4 회 더 반복해 추의 가속도를 구한 후, 평균값으로 축과 도르래의 관성 모멘트 을 구한다.
(2) 원반의 관성 모멘트 - 1
<중심축 주위의 회전>
1) 측정할 원반의 반지름과 질량을 재어 데이터를 기록하고 회전축에 장착한다.
2) 원반이 회전할 수 있는 추를 달고 원반을 회전시켜 추를 끌어 올린다.
3) 추를 낙하시켜 I-CA system을 이용해 추의 가속도를 구한다.
4) 4회 더 측정하여 평균값을 구하고 앞서 측정한 추의 질량, 도르래의 반경을 식 에 대입하여 관성 모멘트를 구한다. 이 값에서 앞서 구한 을 빼면 원반의 관성 모멘트를 얻을 수 있다.
(3) 원반의 관성 모멘트 - 2
<직경 주위의 회전>
1) 이제 원반을 그림 5 와 같이 직경방향으로 회전할 수 있게 장착하고 앞의 1) - 4)의 과정을 반복하여 관성 모멘트를 구한다.
2) 기하학적인 모양으로부터 계산되어진 관성 모멘트와 실험에 얻어진 관성 모멘트를 비교한다.
(4) 링의 관성 모멘트
1) 측정할 링의 내경, 외경, 반지름을 측정하여 기록한다.
2) 그림 6 와 같이 링 시료를 원반 위 홈에 올려놓고 앞서 측정한 것과 마찬가지로 가속도를 구하여 관성 모멘트를 측정한다.
3) 측정되어진 관성 모멘트에서 원반과 축의 관성 모멘트를 빼면 링의 관성 모멘트를 구할 수 있다.
4) 기하학적인 모양으로부터 계산되어진 관성 모멘트와 비교한다.
4. 측정 및 분석
(1) 축과 도르래의 관성 모멘트
표적구와 추의 질량 : 208.7g
3단 도르래의 2단 반지름 :횟수
가속도
평균가속도
1
695.06
810.22
2
945
3
790.6
1.8cm
축과 도르래의 관성 모멘트 :141.69
(2) 원반의 관성 모멘트 - 1
<중심축 주위의 회전>
원반의 질량 :1403.7g
원반의 반경 :11.1cm
표적구와 추의 질량 :횟수
가속도
평균가속도
1
4.1214
4.2417
2
4.2884
3
4.3154
208.7g
총 관성 모멘트 : 155550
원반의 관성 모멘트 : 155400
기하학적 관성 모멘트 : 86475
오차율:79.705%
(3) 원반의 관성 모멘트 - 2
<직경 주위의 회전>
원반의 질량 : 1403.7g
원반의 반경 : 11.1cm
표적구와 추의 질량 : 208.7g
3단 도르래의 2단 반지름 : 1.8cm
횟수
가속도
평균가속도
1
6.7142
7.7579
2
9.21
3
7.3496
총 관성 모멘트 :84742
원반의 관성 모멘트 :84600
기하학적 관성 모멘트 :43237
오차율:95.666%
(4) 링의 관성 모멘트
링의 질량 : 1400.3g
내경 : 5.5cm
외경 : 6.7cm
표적구와 추의 질량 : 208.7g
3단 도르래의 2단 반지름 : 1.8cm
횟수
시간
가속도
평균가속도
1
1.6
1.0288
2.1690
2
1.76
2.8574
3
1.77
2.6210
총 관성 모멘트 :304840
링의 관성 모멘트 :220097
기하학적 관성 모멘트 :52609
오차율:318.36%
5. 검토
이번 실험은 추의 중력으로 인한 운동에너지를 마찰력으로 전이시켜 원반을 돌림으로써 원반의 관성모멘트를 구하는 실험이었다. 이번 실험에서 측정과 분석에서 아이카 프로그램 오류와 컴퓨터가 먹통이 되는 등 분석에 오류를 많이 겪었다. 아무튼 이번 실험에서 이론적 모멘트 값과 기하학적 모멘트 값 사이의 오차가 상당히 크게 나타났는데, 이 오차원인으로는 먼저 추를 떨어뜨렸을때 추가 일자로 떨어지지 않고 좌우로 상당히 크게 흔들리며 떨어졌다. 이는 실이 약간 꼬였거나 원반이 완전한 수평을 이루지 못했기 때문으로 보이고, 실험 텍스트 값에서 x축 값에 변화가 크게 보이는 것으로 확연히 알 수 있었다. 그리고 좌우로 흔들림으로 인해서 아래로 만의 힘의 백터가 아니라 좌우의 힘의 백터가 추가되어 힘이 상당히 분산되 가속도가 상당히 작게 측정 되었을 것이고, 그리고 가속도는 아이카의 t-y 그래프를 통해 알아냈는데, t-y그래프는 y축의 변화량만을 생각함으로 당연히 가속도 측정 역시 상당한 오차가 있었을것으로 생각된다. 두 번째로 실험 자체가 마찰력을 기반으로 하는 실험이었기 때문에 마찰력이 발생하는 과정에서 필연적으로 생겨난 열에너지가 상당량 에너지를 빼앗아 갓을 것으로 생각된다.
그리고 아이카가 말을 듣지 않아 실험을 처음부터 다시 하는 등 여러 신경적인 오차원인...이 있었다. 원반의 관성 모멘트에 대해 가로로 뒀을 때와 세로로

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물리,   관성모멘트,   측정실험,   실험