[한양대ERICA][A+][일반물리학실험1] 에너지 보존 법칙

소개글

[한양대ERICA][A+][일반물리학실험1] 에너지 보존 법칙 입니다.

목차

1. 실험 제목
2. 실험 목적
3. 실험 방법
4. 실험 결과
5. 분석 및 토의
6. 결론
7. 과제용 질문
8. 참고문헌

본문내용

1. 실험제목
본 실험은 ‘에너지 보존 법칙’을 알아보는 시험이다.

2. 실험목적(Introduction)
자동차가 다양한 형태의 트랙을 지나게 하면서, 트랙의 여러 지점에서 자동차의 속도를 측정한다. 자동차의 위치에너지와 운동에너지를 모두 계산한 후, 트랙의 각 지점에 대해 총 에너지를 계산하고 비교해 볼 수 있다.
만곡형 트랙을 이용한 실험을 통해 구심력 개념을 이해할 수 있다.

3. 방법(Method)
3.1 이론 및 원리
(1) 에너지 보존 법칙
외부 알짜힘이 없는 고립계에 대해 처음의 모든 종류의 에너지의 합과 나중 시간 에서의 에너지 총합은 일정하다. 즉, 에너지의 형태는 바뀔 수 있으나 생성되거나 사라질 수 없다. 이 법칙을 수식으로 표현하면 다음과 같다.

해당 실험에서 마찰을 무시한다면, 자동차의 총 에너지는 변하지 않는다.

(2) 고립계
‘계’가 주위로부터 고립되어 있다면, 그 계에는 에너지 전달이 이뤄지지 않는다. 즉 에너지 보존이 성립되어 고립계의 전체 에너지 E는 변할 수 없다.

(3) 위치에너지
위치 에너지란 보존력이 작용하는 공간 내에 있는 물체가 위치에 따라 잠재적으로 가지는 에너지이다. 위치 에너지의 공식은 다음과 같다.

(4) 운동에너지
운동 에너지란 운동하는 물체가 정지해 있을 때에 비해 얼만큼의 에너지를 가지 고 있는 지를 나타내는 물리량이다. 위치 에너지의 공식은 다음과 같다.
해당 실험에서 자동차의 총 에너지 E는 운동에너지와 위치에너지의 합과 같다.

(5) 일
물체에 힘을 가하면 물체의 운동 상태 또는 모양 등이 변한다. 이처럼 힘을 통해 에너지가 전달되는 것을 힘이 물체에 일을 한다고 말한다. 즉, ‘일’은 외부에서 물 체로 또는 물체에서 외부로 전달된 에너지이다. 전자를 양의 일이라고 하고, 후자 를 음의 일이라고 한다. 일은 물체에 힘을 가했을 때, 힘이 가해진 방향으로 움직 인 거리와 힘을 곱한 물리량을 의미한다. 단위는 J(줄)을 이용한다. 식으로 표현하 면 다음과 같다.

(6) 구심력
입자가 등속 원운동을 할 때, 등속 원운동의 가속도를 구심가속도라고 하는데, 가속도는 항상 원의 중심을 향한다. 이때 구심가속도는 다음과 같다.

참고 자료

Walker, Halliday, Resnick, 일반물리학, 11판, 4장,6장,7장,8장, 텍스트북스, 2021