물리학실험/물리학실험1 - 일과 에너지 (아주대 A+) 결과보고서

소개글

아주대학교 물리학실험 1 일과 에너지 결과보고서

목차

1. 이론
2. 측정값 및 데이터 분석
3. 질문
4. 토의
5. 참고문헌

본문내용

[1] 실험이론

서로 연결되어 있는 두 물체의 운동에서 물체가 하강할 경우, 물체2은 아래로 운동하고 물체1는 오른쪽으로 운동한다. 이 운동에서 두 물체의 가속도의 크기와 장력의 크기는 같다. 물체 1,2에 각각 뉴턴 제2법칙을 적용하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
물체1이 받는 힘은 모두 다음과 같다.

물체 2가 받는 힘은 다음과 같다.

따라서 가속도 이다.

반대로 물체가 상승할 경우를 보면, 물체 1이 받는 힘은 모두 다음과 같다.

물체 2가 받는 힘은 다음과 같다.

따라서 가속도 이다.
따라서 이들의 차이로부터 마찰력과 마찰계수를 구하면 다음과 같다.

비보존력이 있는 경우 일과 에너지 정리는 다음과 같다.

즉, 비보존력이 한 일은 총역학적에너지를 증가하거나 감소시킨다.
물체가 하강할 때의 일, 에너지 정리는 다음과 같다.

<중 략>

[3] 질문

질문1. 실험 2의 결과 와 로부터 일-에너지 정리의 유효성에 관하여 토의하시오.

일-에너지 정리에 따르면 계에 운동의 일이 가해지고 다른 외부의 힘이 가해지지 않을 때, 계에 가해진 일은 계의 운동 에너지의 변화와 같아야 한다. 따라서 은 이론적으로 1이 나와야 한다.
그러나 실제 실험결과는 0.545이었다.
이 결과 값 만을 본다면, 일-에너지 정리의 유효성이 증명되지 않는다.

마찰력이라는 비보존력이 존재할 때, 비보존력이 하는 일을 사용해 일-에너지 정리를 확장하면, 다음과 같다.

마찰력으로 인한 역학적에너지의 손실을 표현하면 로 표현할 수 있다.
따라서, 이론상 =1이다.
그러나 실제 실험결과, 0.936이 나왔다.
이론상의 결과와 약 0.064 차이나는 값으로 오차율은 이다.
따라서 오차율이 많이 크지는 않지만 정확하게 보면, 일-에너지 정리의 유효성은 증명될 수 없다.

질문2. 실험 3으로부터 정지마찰력과 운동 마찰력의 특징을 비교 검토하시오.

정지 마찰력(static friction)은 물체가 움직이지 않는 동안에 받는 마찰력을 말한다.
나무토막이 움직이기 시작할 지점은 정지마찰력이 최대정지마찰력보다 더 큰 힘을 가해 이 마찰력이 운동 마찰력으로 바뀔 때이다.

참고 자료

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%A7%88%EC%B0%B0%EB%A0%A5
마찰력에 대한 자료 참고 / 위키피디아
대학물리학1/Raymond A. Serway, John W. Jewett (9판)/ 북스힐/ p147-149, p155~158