한양대학교 에리카 일반물리학실험1 (23-1) 8. 각운동량 보존 (A+)

소개글

한양대학교 erica 일반물리학실험1의 여덟 번째 실험인 각운동량 보존 2023년도 1학기 리포트입니다.
리포트 점수는 10/10 을 받았으며, 과목 성적은 리포트 점수만으로 A+, 100점을 받았습니다.
레포트 전체 복사-붙여넣기를 할 경우 카피킬러 표절률 100%로 F처리를 받을 수 있음을 미리 알려드리며, 이로 인한 책임은 본인이 부담하셔야 합니다.
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목차

1. 실험 제목
2. 실험 목적
3. 이론 및 원리
4. 장치 및 방법
5. 실험 결과
6. 분석 및 토의
7. 결론
8. 참고문헌

본문내용

1. 실험 제목
각운동량 보존

2. 실험 목적
이전의 실험에선 선운동량이 보존됨을 확인하였었다. 해당 실험에서는 이와 비슷하게 회전하는 물체에 대해 충돌 직전과 직후의 각운동량이 보존됨을 각각 낙하 물체를 다르게 하여 확인해본다. 또한 낙하로 인해 발생하는 충돌이 어떤 충돌인지 알아보고 회전 에너지 변화율도 구해본다.

3. 이론
3-1) 병진 운동과 회전 운동
병진 운동이란 강체의 모든 부분이 한 방향으로 움직이는 운동을 의미한다. 여기서 강체란 외력을 가하더라도 크기나 형태가 변하지 않는 이상적인 물체를 뜻하며, 아주 큰 힘을 받지 않는 한 부서지지 않는 대부분의 고체들은 강체로 간주된다. 병진운동에서 표현 가능한 물리량에는 위치(x)와 위치에 대한 시간의 변화율에 해당하는 속도 (dx/dt=v) 속도에 대한 시간의 변화율에 해당하는 가속도 (dv/dt=a)가 존재한다. 회전 운동은 물체가 어느 한 공간에서 회전축인 어떤 한 직선을 중심으로 회전하며 운동하는 것을 의미한다. 팽이나 선풍기의 프로펠러 등이 이러한 회전 운동에 포함된다. 병진 운동을 하는 물체가 물체의 빠르기를 나타낼 때 속도를 사용하듯이 회전 운동을 하는 물체 또한 이에 대해 각속도라는 표현을 사용한다. 이처럼 병진 운동과 회전 운동 사이에 대응되는 물리량들이 존재한다. 서로 대응되는 대표적인 물리량들은 아래와 같다.

<중 략>

3-3) 돌림힘
돌림힘은 토크(τ), 모멘트라고 하며 물체를 회전 시키는 효력을 나타내는 물리량이다. 회전 운동에서의 힘의 역할은 각가속도를 생성한다는 것에 있다. 힘 F ⃗가 물체를 얼마나 회전시킬 수 있는지는 접선 성분의 크기 F_t뿐만 아니라 힘을 가하는 점이 원점으로부터 얼마나 멀리 떨어져있는 가에 따라서도 달라진다. 이렇게 두 인자를 모두 고려하여 토크(τ)를 τ=r*Fsin∅ 로 정의한다. 토크는 다음의 두 방법을 통해 계산할 수 있다.
(1) τ=r*Fsin∅=rF_t (2) τ=rsin∅*F=r_⊥ F
r_⊥는 F ⃗의 연장선과 회전축 사이의 수직 거리를 의미하고 이때의 연장선을 F ⃗의 작용선이라고 한며, r_⊥는 F ⃗의 모멘트팔이다.

참고 자료

Young, Freedman, 대학물리학 12판, 279p~309p, 자유아카데미, 2006
Walker, Halliday, Resnick, 일반물리학 11판, 273p~281p, 텍스트북스,2020.