17년도 공학물리학 및 실험(1) 결렙 A+ / 단순조화운동

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5-1. 용수철 상수 측정
를 이용해, 추의 무게를 바꾸어 가며 용수철 상수를 측정했다. 추의 무게는 40g~80g 사이의 범위에서 5g단위로 변경했으며, 추걸이의 질량 5g을 합산하여 계산했다. 측정하기 위한 기준점은 용수철의 끝부분으로 정했다. 이 때, 아래의 값들은 전부 측정을 3회 이상씩 측정한 뒤 나온 값의 평균값을 구해, 소수점 3째 자리 이내로 반올림한 것들이다. 작성한 F-x그래프는 최소자승법을 이용했다.

<표 중략>

5-2. 용수철 진자의 운동

고리형 추의 질량(=0.07633kg)을 잰 뒤, 실험 1에서와 동일한 용수철에 연결해 주기를 측정했다. 진동시킬 때 추를 연직 방향으로 2cm 이내에서 진동시켰다. 영상을 찍은 뒤, SG PRO 프로그램을 이용해 그래프를 나타내 각 주기가 반복되는 지점을 4개 잡은 뒤 그 사이의 주기를 라 한뒤 그 평균값을 얻어내 주기 T의 측정값으로 정했다. 실험을 3회 반복한 뒤, 각 값을 이론값 와 비교했다. 세 실험에서 같은 용수철, 같은 질량을 사용하였으므로, 이론값은 전부 같다.
이 때, SG PRO 상에서 물체의 색상을 잡은 뒤 경로를 추적할 때, 오차가 생기는 것을 방지하기 위하여 카메라 상에 들어오는 모든 부분을 하얀색 종이를 이용해 덮었다.

<이미지 중략>

T2에서 값이 유난히 튀는 것을 확인 할 수 있다. 데이터 값을 읽어내는 방식에 의한 측정오차가 원인으로 보인다.

#2, 3의 경우 역시 전체적으로 값이 고르지 못했다. 이 역시 데이터 값을 읽어내는 방식에 의한 측정오차가 원인으로 보인다.

5-3. 단진자의 운동
실험 2에서와 동일하게 실험 장비를 꾸민 뒤, 용수철 대신 실을 이용해 강체를 매달아놨다. 총 2번의 실험을 진행하였다. 식 에 의한 값을 (이론값-1)이라 칭한뒤, 각도가 작을 때 적용되는 이론값이란 것을 감안하여 최대한 작게 진동하도록 강체를 운동시켰다. 그 뒤, 얻어낸 측정값과 비교했다.
만약 진동하는 각이 커질수록, 실제 단진자의 주기는 아래 공식을 따라간다. 이 공식을 이용한 이론값을 (이론값-2)라 칭하고, 이 역시도 측정값과 비교했다.

참고 자료

Roger A. Freedman and Hugh D. Young University Physics with Modern Physics 14th Global Edition, Pearson, 2015, 2017.05.21
14.2 Simple harmonic motion (p.459~466)
14.4 Applications of SHM- Vertical SHM(p.470~471)
14.5 The Simple pendulum (p.474~475)
실험지침,관련자료실(자료실/일반물리학및실험 국제캠퍼스 오리엔테이션자료)
http://phylab.yonsei.ac.kr/, 2017.05.21
오차율 구하는 프로그램,
http://blog.naver.com/up0604/90109180641(2011.03.15), 2017.05.21
유효숫자, 위키백과(2017.02.25),
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9C%A0%ED%9A%A8%EC%88%AB%EC%9E%90, 2017.05.21
코사인제2법칙, 위키백과(2017.04.28)
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%BD%94%EC%82%AC%EC%9D%B8_%EB%B2%95%EC%B9%99, 2017.05.21