일반물리학실험 포토게이트를 이용한 등속운동 결과리포트

목차

1. 실험목적

2. 이론 및 원리

3. 실험기구 및 장치

4. 실험방법
1) 준비단계
2) 포토게이트
3) 등속운동

5. 실험결과

6. 실험분석

7. 참고문헌

본문내용

실험목적
포토게이트 시스템을 사용법을 익히고 마찰이 없는 에어트랙 위 등속운동을 하는 물체의 속도를 구한다. 이를 통해 뉴턴의 운동법칙 중 1법칙인 관성의 법칙을 확인 및 학습한다
이론 및 원리
뉴턴은 운동에 관한 기본법칙 3가지를 정리하였고, 이것은 뉴턴의 운동법칙이라고 불린다. 이 뉴턴의 법칙은 제 1법칙 관성의 법칙, 제 2법칙 가속도의 법칙, 제 3법칙 작용 반작용의 법칙이다.

뉴턴의 운동법칙중 제 1법칙인 관성의 법칙은 외부에서 힘이 가해지지 않는 한 모든 물체는 자기의 상태를 그대로 유지하려고 하는 것을 말한다. 즉, 물체에 힘이 작용하지 않으면 정지한 물체는 계속 정지해 있고, 운동하고 있는 물체는 현제의 속도를 유지한 채 일정한 속도로 운동을 하는 것을 한다.

뉴턴의 운동법칙중 2법칙은 가속도의 법칙이다. 뉴턴은 가속도의 법칙은 ‘운동의 변화는 가해진 힘에 비례하며 힘이 가해진 직선 방향으로 일어난다는 것’이라 서술하면서 F=ma라고 정의 했다. 즉 힘은 질량과 가속도에 비례한다고 정의한 것이다.

관성의 법칙에서 외부의 힘이 작용하지 않으면 물체는 하던 운동을 유지하려고 한다고 했는데, 이는 가속도의 법칙과도 연결된다. 정지와 등속운동은 외부로부터 힘을 받지 않는데, 이는 알짜힘이 0인 것을 의미한다. F=ma에 의하여 힘이 0일 때 가속도도 0이다. 즉 관성의 법칙은 가속도의 법칙에서 가속도가 0인 경우인 것이다.

<중 략>

<표1>에서 가속구간과 추의 질량을 일정하게하고 여러 번 반복하여 퍼스와 게이트모드에서의 시간을 측정하였다. 이때 우리가 가한 외부 힘은 없다(알짜힘은 0이다). 퍼스모드 즉 전체평균속도 1회에서 5회까지 측정한 것을 보면 대략 0.83초로 비슷한 실험값을 보인다. 또한 1회에서 5회 게이트모드로 측정한 값을 보면 0.1초의 간소한 차이를 보인다. 이를 통해 상대오차(측정값의 크기와 오차의 크기의 비)범위를 구했을 때 최대 2.75%, 최소 0.91%의 상대오차가 나타난다. 이 오차의 원인은 주변 환경의 영향과 완벽하게 평행을 맞추지 못한 것, 에어트랙 위 예상치 못한 마찰 등으로 인하여 발생했다. 따라서 모든 조건이 일정할 때 외부에서 가한 힘이 없는 에어트랙 위 글라이더는 등속 운동한다고 할 수 있다.

참고 자료

박병준 외 2명, 조승식, 일반물리학실험, 서울, 북스힐, 2018