자유 낙하 운동

자유 낙하 운동

1. 실험 목적

자유 낙하하는 물체의 운동시간과 위치를 측정하여 지구 중력장에서의 중력가속도를 구한다.

2. 배경 이론

-중력에 의한 자유낙하운동
지구 중심에 가까울수록 지구가 물체를 잡아당기는 만유인력이 커지므로, 중력은 엄밀히 말해 일정한 크기의 힘이라고 할 수 없다. 하지만 지구 표면 근처에서 물체가 낙하한다면 지구의 반지름에 비해 이동거리가 매우 짧으므로 중력의 크기 변화를 무시할 수 있다. 그러므로 나무에서 떨어지는 사과와 같은 물체는 일정한 크기의 중력을 받으며 지면을 향해 떨어진다. 공기저항을 무시하면 물체는 지면을 향해 등가속도 직선운동을 한다.
-중력가속도
중력의 크기는 물체의 질량에 비례한다. 즉, 무거운 물체에 더 큰 중력이 작용한다. 하지만 무거운 물체가 가벼운 물체보다 더 빨리 떨어지지는 않는다. 운동의 제2법칙, F〓ma을 살펴보면, 가속도 a는 힘과 질량이 서로 비례하므로 물체의 질량에 상관없이 일정하다. 이렇게 중력에 의한 일정한 가속도를 중력가속도 g라고 한다. 중력가속도는 모든 물체에 동일하므로 공기의 저항을 무시할 때, 물…(생략)

3. 실험 방법

4. 포토게이트 타이머의 start 버튼을 눌러 타이머가 준비상태가 되게 한다. 실제 시간 측정은 start 손잡이의 버튼을 누른 후부터 측정된다.

5. Start 손잡이 버튼을 누르면 강체구가 낙하하기 시작하고 포토게이트 타이머가 시간기록을 시작한다. 강체구가 타임패드에 닿는 순간 포토게이트 타이머는 시간을 멈추고 강체구의 운동시간을 표시 할 것이다. 강체구의 운동시간 t를 5회 반복실험하여 평균값을 기록한다.

6. 홀딩장치의 위치를 5cm씩 이동시켜 앞의 과정을 반복해 낙하시간을 측정한다.

7. 측정값으로부터 수평축을 운동시간(t), 수직축을 낙하거리(△x)로 하여 로그그래프를 작성한다. 이 그래프의 절편으로부터 중력가속도 g를 위의 식과 같이 구할 수 있다.

8. 질량이 다른 구슬을 이용해 동일한 실험을 반복해보고 얻어지는 중력가속도와 질량과는 어떤 관계가 있는지 짐작해보라.