[자연과학] 대학물리 실험 보고서 - 구심력 측정

대학물리 실험 보고서 - 구심력

1.실험 목적

물체가 일정한 각속도로 원운동할 때 그 물체에 작용하는 구심력을 측정한다.
원운동을 일으키는 구심력에 대해 이해한다.
회전축의 회전막대의 원 운동은 회전중심을 항한 가속도운동임을 이해한다.
구심력의 크기를 결정하는 회전물체의 질량, 각속도, 회전반지름, 회전주기의 관계를 이해한다.

2.실험 이론

먼저 구심력에 대해 알아보면 구심력; 등속 원운동에서 운동의 중심 방향으로 작용하여 물체의 방향을 바꾸는 힘. 선속도에 수직으로 작용, 물체의 속도의 방향만을 변화, 속도의 크기는 변화시키지 않는다. 이며 이를 바탕으로 실험의 이론을 살펴보면 물체가 일정한 각속도로 원운동할 때 그 물체에 작용하는 구심력을 측정한다. 물체가 원주 상을 일정한 속력으로 운동할 때에는 물체의 운동을 그 원주 상에 구속하는 힘이 필요하다. 이것을 그 물체에 작용하는 구심력이라 하며, 원의 반지름 r에 대하여 F〓Mv^2/r 의 관계가 있다.
선속력 v와 각속력 w의 관계는 v〓rw이므로, 구심력 F를 각속력 w로 나타내면 F〓Mrw^2이 된다. 또 w 대신에 진동수 f…(생략)

3.기구 및 장치

4.실험방법

(1)중심체에 모터를 설치하고 밴드로 모터와 중심체를 연결한다.

(2)중심체를 수준기를 이용하여 수평을 맞추고 회전 막대를 설치한다.

(3)회전 막대 중심에 중심대를 설치하고 r 〓 0.17m 인 위치에 보조대를 설치한다.

(4)3중 고리 추의 질량(M)을 측정하여 기록한다.

(5)3중 고리 추를 실로 보조대에 매달고 중심대에 달려있는 용수철에 또 다른 실로 연결한다.

(6)회전 막대 끝에 도르래를 설치한다.

(7)추와 추걸이의 질량(m)을 측정하여 기록고, 실로 3중 고리 추(M)와 연결한다.

(8)3중 고리 추(M)가 보조대의 중심으로 오도록 한다.

(9)지시 받침대를 움직여서 용수철에 달린 흰색 지시 원반과 일치하도록 조절한다.

(10)도르래와 추와 추걸이를 제거하고 모터에 전원을 연결한다.

(11)포토게이트 타이머를 pendulum mode로 선택하고, 시작 버튼을 누른다.

(12)전원을 켜 지시 원반이 지시 받침대와 일치하도록 회전 속력을 조절한다.

(13)회전 막대의 주기를 측정한다.

(14)5회 반복하여 평균 주기를 기록한다.

(15)보조대의 위치를 변화 시키면서 (5)~(14)까지의 과정을 반복한다.

(1)앞에서 설치한 실험 조건에서 추와 추걸이의 질량(m)을 0.03kg으로 하고, 반지름(r)은 0.17m로 고정한다.

(2)실험 1에서 (5)-(14)까지의 과정을 반복하여 표에 기록한다.

(3)m을 0.04kg, 0.05kg으로 변화를 주어 반복 실험하고, 그 결과를 표 2-1에 기록한다.

5.주의사항

(1) 밴드를 너무 단단하게 설치하면 중심체가 회전하지 않으므로, 적절한 탄력을 갖도록 한다.

(2) 회전 막대 회전 시 얼굴이 다치지 않도록 조심한다.

(3) 지시 받침대가 지시 원반과 평행이 되도록 조절한다.

(4) 실이 밴드 사이에 감