[자연과학] 일반물리학 실험 - 역학적 에너지 보존

1. 실험제목 역학적 에너지 보존

2. 실험목적

물체가 경사진 면을 미끄러질 때 일어나는 에너지 변환을 체험하면서 그 때의 위치에너지의 손실과 운동에너지의 이익이 서로 같아짐을 확인하여 역학적 에너지 보존법칙이 성립함을 알아본다.

3. 이론

운동 에너지(kinetic energy)란 운동하는 물체가 가지고 있는 에너지를 말한다. 물체의 운동 상태를 결정하는 것은 그 물체의 질량과 속도이다. 따라서 이 두 가지가 운동 에너지를 결정하게 되고 이를 식으로 표현하면 다음과 같다.

위치 에너지(potential energy)란 어떠한 힘이 작용하는 공간에서 특정한 기준점에 대한 물체의 상대적인 위치에 저장되는 에너지이며, 어떠한 힘이 작용하느냐에 따라 그 내용이 다르다. 일반적으로 질량m 인 물체가 기준점에서 h만큼의 높이에 있을 때, 이 물체는 중력에 의한 위치 에너지를 가지며 그 값은 다음과 같다.

위의 식은 중력 mg가 일정하다고 생각되는 범위, 즉 지구 반지름 r에 비해 높이 h가 훨씬 작은 범위에서만 성립한다.
일반적으로 운동하는 물체의 위치 에너지와 운동 에너지는 외력…(생략)

4. 실험방법

5. 에어트랙상에 놓인 포토게이트 사이의 거리 D를 측정하여 기록한다.

6. 글라이더의 플래그 길이 L과 질량 m을 측정하여 기록한다.

7. 포토타이머를 gate 모드에 놓고 리셋(reset)단추를 누른다.

8. 글라이더를 비탈면 꼭대기에 놓고 포토게이트를 통해 미끄러지게 한 후 첫 번째 포 톨게이트를 통과한 시각 을 기록하고 두 번째 포토게이트를 통과한 시각 를 기 록한다. 이렇게 얻어진 결과로 글라이더가 각각의 포토게이트를 지날 때의 속력 과 를 구한다.

9. 무게 추를 달아 글라이더의 질량을 변화시키면서 실험을 반복한 다음, 그 결과를 기록한다.

10. 역학적 에너지 보존법칙을 이용하여 블록의 높이를 이론적으로 계산한 뒤 실험치 와 비교한다.

11. 위로부터 얻어진 결과로 역학적 에너지가 보존됨을 확인한다.

5. 실험결과

`역학적 에너지 보존`

글라이더 질량 1

횟수 변수

12.9

0.1494

0.0977

86.35

132.04

5.09

12.9

0.1385

0.0852

93.14

151.41

7.27

12.9

0.1393

0.0757

92.61

170.41

10.44

글라이더 질량 2

횟수 변수

12.9

0.1380

0.0944

93.48

136.65