IOLab 장치를 사용한 단조화 운동 7

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 측정값
6. 실험결과
7. 결과에 대한 논의
8. 결론

본문내용

실험의 목적
단조화 운동을 하는 물체의 운동방정식과 해를 살펴보고 주기를 IOLab 장치로 측정을 하여 단조화 운동을 하는 물체의 특성을 배운다.

실험 원리
단조화 운동은 물리학에서 자연계의 많은 현상들을 기술하는 데 중요한 역할을 g한다. 용수철에 매달린 물체, 진자 , RLC 전기회로, 고체물질이나 분자 내에서 원자의 진동 등은 근사적으로 단조화 운동으로 기술 될 수 있기 때문이다. 이 실험에서는 질량, 용수철 상수 등 몇 가지 변수를 바꾸었을 때 물체의 진동하는 상태가 어떻게 달라지는가를 IOLab 장치를 사용하여 관찰한다.
물체가 용수철에 매달려있는 경우를 살펴보자. 용수철 상수를 k, 물체의 질량을 M 평형점 로부터 늘어난 길이를 라 하고, 수레가 평형점 에 있을 때 용수철이 평형상태로부터 늘어난 길이를 라 하면 용수철이 물체에 작용하는 힘(복원력)은 Hooke의 법칙으로부터 다음과 같이 주어진다.

실험 기구 및 재료
IOLab 장치, IOLab 응용프로그램, 용수철, 수평계, 삼각 스탠드

실험 방법
실험 1. 용수철 상수 측정
➀ IOLab 장치 뒷면에 부착된 동글(dongle)을 빼내어 노트북에 끼우고 IOLab 장치의 질량을 측정한다.
➁ IOLab 장치의 힘센서 연결나사에 고리형 볼트를 끼우고 전원을 켠다.
➂ IOLab 응용 프로그램을 실행하고 설정 → Calibration → Force를 선택한다.
➃ 고리형 볼트를 끼운 힘센서 연결나사에 용수철을 매단다.
➄ 바퀴가 바닥에 닿도록 IOLab 장치를 실험대 위체 놓고 반대쪽 용수철 끝을 그림과 같이 고정한다.
➅ 분석 프로그램에서 Record 버튼을 클릭하여 힘과 변위 측정을 시작한다.
➆ IOLab 장치를 손으로 잡고 당기면서 위치를 조금씩 변화시키면서 용수철이 조금씩 늘어나도록 한다. 이때 IOLab 장치의 바퀴가 헛돌아서 변위 측정에 오차가 발생하지 않도록 유의한다.
➇ Stop을 눌러 측정을 종료하고 그래프 아래의 버튼을눌러 변위와 힘 데이터를 추출한다.
➈ 추출한 데이터의 그래프를 그리고 1차선 추세선을 찾아서 그래프의 기울기를 구한다.

참고 자료

일반물리학.개정10판
일반물리학실험.제4판