[물리및실험] 자유낙하실험 예비보고서

목차

1. 실험제목

2. 실험목적

3. 실험이론
3.1. 자유낙하란
3.2. 뉴턴의 만유인력 법칙을 활용한 자유낙하 운동 분석

4. 실험장비

5. 실험방법
5.1. 실험 절차
5.2. 변인

6. 생각해보기

7. 참고문헌

본문내용

1. 실험제목
자유낙하 실험

2. 실험목적
포토게이트와 피켓 펜스, 컴퓨터 프로그램 등을 이용해 물체를 자유 낙하시키고 가속도를 측정한 뒤, 이를 이론값과 비교한다.

3. 실험이론
3.1. 자유낙하란
자유낙하는 어떠한 물체가 처음 속도가 0인 상태에서 만유인력과 같은 단일한 힘을 받아 일정한 가속도로 운동하는 상태를 가리킨다. 일반적으로 자유낙하는 물체가 지표면 부근에서 오직 중력만을 받으며 낙하하는 운동을 말한다. 물론 현실에서는 공기저항이나 지구의 자전에 의한 관성력과 같은 다른 힘을 받게 되지만 이러한 요인들은 자유낙하에서 무시된다.

<중 략>

4. 실험장비

포토게이트, 피켓 펜스, 사이언스워크샵 인터페이스, 스탠드, 수직 추, 스티로폼

포토게이트(Photogate)는 광학적인 방법을 사용하여 물체의 이동 속도를 측정하는 장치이다. 레이저 방출기와 검출기 사이에 간격에 물체를 떨어뜨려 물체의 낙하 속도, 가속도 등을 구하는 것이 사용 목적이다. 물체가 지나가지 않을 때는 레이저 방출기 쪽에서 적외선을 방출하면 반대쪽 검출기 쪽에서 이를 감지할 수 있다. 그러나 불투명한 물체가 지나갈 때는 적외선이 물체에 가로막히게 되고, 검출기에서 적외선을 감지하지 못한다. 이럴 때 물체가 지나갔다고 포토게이트에서 파악하는 것이고, ‘몇 초 동안 레이저가 감지기에 도달하지 못했는지’를 이용해 ‘몇 초 동안 물체가 지나갔는지’ 파악이 가능하다. 좀 더 큰 물체를 이용해 속도 측정을 할 때는 <그림 2>처럼 별도의 레이저 방출기를 사용함과 동시에, 포토게이트 전체를 검출기로 사용해 측정이 가능하다. 포토게이트를 측정에 사용하지 않을 때는 검출기를 덮어 만약의 오류를 방지할 수 있다.
피켓 펜스(Picket Fence)는 불투명한 띠가 균일한 간격(5cm)으로 배열되어 있는 투명한 플라스틱 조각이다. 포토게이트의 방출기와 검출기 사이에 피켓 펜스를 떨어뜨리면, 피켓 펜스의 불투명한 부분이 지나갈 때 그것이 검출기에 레이저가 검출되는 것을 막는다.

참고 자료

김창배 외 9명, (2016), 대학물리학실험(1판), 북스힐
위키백과, 자유 낙하, (https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9E%90%EC%9C%A0_%EB%82%99%ED%95%98)
위키백과, 포토게이트. (https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%8F%AC%ED%86%A0%EA%B2%8C%EC%9D%B4%ED%8A%B8)
Vernier Software & Technology, (2013), ‘Photogate - Tech Tips with Vernier’ 동영상, (https://www.youtube.com/watch?v=LLnxSRh26rc)
위키백과, 가속도, (https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B0%80%EC%86%8D%EB%8F%84)
위키백과, 속력 (https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%86%8D%EB%A0%A5)
<그림1> 포토게이트 (동영상 캡처) Vernier Software & Technology, (2013), ‘Photogate - Tech Tips with Vernier’ 동영상,
(https://www.youtube.com/watch?v=LLnxSRh26rc)
<그림 2> 포토게이트로 큰 물체 측정 시 사용법 Vernier, Photogate, (https://www.vernier.com/products/sensors/vpg-btd/)
<그림 3> 위치와 속도의 그래프 예시 Vernier, Photogate, (https://www.vernier.com/products/sensors/vpg-btd/)
<그림 4> 등가속도 운동 (a>0인 경우) 윤제한의 물리교실, (2013), 등가속도운동(a>0), (http://yjh-phys.tistory.com/187)