원운동과 구심력 결과보고서

소개글

조교님이 점수를 후하게 주시는 경향이 있으시긴 했지만,
A+ 받았습니다.

목차

5. 실험결과
1) 구심력 대 속도
2) 구심력 대 질량
3) 구심력 대 반지름
6. 토의
7. 참고문헌

본문내용

-실험결과 분석
실험에 앞서, 구심가속도와 구심력을 수식으로 정리한 바 있다.
a(구심가속도)=v2/r
F(구심력)=mv2/r=mr⍵2
이 때 구심가속도와 구심력은 크기는 일정하지만 방향은 원의 중심을 향해 매 순간 변화한다.
실험을 통해서, 이론으로 정리한 내용을 확인해 볼 수 있었다.
①실험A : 구심력F가 속도v의 제곱에 비례한다는 사실을 확인했다.
②실험B : 구심력F가 질량m에 비례한다는 사실을 확인했다.
③실험C : 속도v가 아닌 각속도⍵를 고정된 값으로 잡았을 때 구심력F가 반지름r에 비례한다는 사실을 확인했다.
➜만약 이 실험에서 속도v를 고정된 값으로 잡았다면 구심력F는 반지름에 반비례하는 관계로 나타났을 것이다.
-추가로 알게된 점
등속 원운동하는 물체에서 속도와 가속도는 크기가 같아도 방향이 변하기 때문에 일정하다고 할 수 없다.
그러나 일정시간에 움직인 각의 크기를 나타내는 각속도는 일정한 값을 갖는다.
이것은 실험 C의 데이터값을 통해서도 (약간의 오차가 있지만) 확인할 수 있었다.
-오차원인
①실험 A에서, 전압을 높여 속도를 빠르게 해 줄수록 컴퓨터상에 나타난 그래프가 안정적이지 않다는 사실을 관찰했다. 3, 4V에서는 처음 1~2초를 제외하고 거의 같은 값을 나타내며 안정적이었던 값들이, 전압을 높임에 따라, 보다 넓은 범위에서 다양한 값들을 나타내며 그려지는 것이 확인되었다. 이것은 원운동의 속도가 가속됨에 따라서 공기저항도 더욱 커지기 때문에 나타나는 것이 아닌가 하는 생각이 든다. 이와 연결하여 생각해 볼 때, 실험 B와 C에서는 전압을 8V로 유지시켰기 때문에 전압이 낮을 때보다 공기의 저항이 커져 이것이 오차에 영향을 줄 수 있었다고 본다.
②유동질량과 고정질량은 항상 대칭이 되는 위치에 있어야 했다. 다른 실험에서도 마찬가지이겠지만 특히 실험C에서 질량의 위치를 옮겨가며 실험했을 때에는 정확한 대칭위치에 놓지 못했을 경우 오차가 발생할 수 있다.
③도르래를 통해 힘 센서와 유동질량을 연결하고 있던 철사는 항상 회전대와 수직상태를 유지해야 했다. 모든 방향에서 철사를 관찰하고 어디에서 보더라도 수직이 되도록 힘 센서를 지지한 막대의 높이나 각도 등을 정확히 조절했어야 했는데 앞면에서만 수직을 맞추고 실험을 진행한 경우도 있어 이것이 실험에 영향을 미쳤으리라고 예상된다.
④실험 기구사이의 마찰도 결과에 영향을 주었을 것이다. 도르래와 철사 사이에 작용하는 마찰력이나 또는 유동질량과 회전대 사이의 마찰력이 미미하나마 존재한다는 사실도 결과에 영향을 줄 수 있다.
⑤이번 실험에서는 컴퓨터 상에 그려진 데이터를 그대로 가져온 것이 아니라 구심력이 일정해지는 구간 중에서 우리가 필요로 하는 값을 취해 오는 방식으로 데이터를 얻었다. 때문에 이론값과 동떨어진 부적절한 데이터 값을 골라서 취했다면 당연히 오차가 커졌을 것이다.

참고 자료

-Centripetal Force Apparatus(PDF 첨부파일)
-Eugene Hecht, Physics Calculus second edition, page181~184