중력가속도 측정[Gravity acceleration]

(1) 실험제목 : 중력가속도 측정(Gravity acceleration)

(2) 실험목적

실험[1] : 마찰없는 미끄럼판(air track)과 광감지기(photo gate)를 이용하여 마찰이 없는 등가속도 운동을
실현해 봄으로써 가속도 운동의 기본개념을 익히고, 중력가속도를 실제로 측정해 본다.
실험[2] : 자유 낙하하는 물체의 운동 기록을 분석하여 중력가속도를 구하고 자유 낙하 운동이 등가속도 운동임을 알아본다.

(3) 관련이론

실험[1]
마찰을 무시할 때 각도 만큼 기울어진 비탈면 위에 있는 물체에 작용하는 가속도
a의 크기는 gsin이다. 여기서 g〓9.8m/s2은 중력가속도의 크기이다.
이때 가속도는 시간에 따라 변하지 않으며 이 경우 경과한 시간 t, 움직인 거리 D,
처음 속도 사이에는 다음과 같은 식이 성립한다.
빗면 위에 물체를 가만히 놓을 때는 〓0이므로
이 되고, 따라서 빗면 위에서 거리 D를 이동하는 데 걸리는 시간 t를 측정하면
의 식으로부터 중력가속도를 측정할 수 있다.
실험[2]
정지되어 있던 물체가 중력을 받아 속력이 커지면서 지면을 향하여 떨어지는 운동 이다. 공기저항을 무시할 때 중력가속도는 일정하다. 이때 낙하한 거리를 h라고
하면 등가속도 직선 운동식에 의해서
이 되고, 이 식을
로 바꿀 수 있다.
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. 중력…

(4) 실험방법

1) 중력가속도 측정

① 에어트랙(air track)/압축공기 공급장치(air supply)

② 포토게이트 타이머(photogate timer), 포토게이트(photogate)

③ 글라이더(glider), 플래그(flag)

④ 기타(미터자, 받침목, 수평자)

① 수평자를 이용하여 에어트랙의 수평을 맞춘다.

② 높이 h의 받침목을 에어트랙의 한쪽 끝에 괴고 글라이더를 높은 쪽에서부터 한두 차례 미그러뜨려 보아

③ 포토게이트 타이머를 pulse모드로 하고 글라이더를 미끄러뜨려 보아 포토게이트 타이머가 주어진 방법대로

④ 높은 쪽에서 글라이더를 정지 상태에서 출발시켜 거리 D를 지나는데 걸리는 시간 t를 측정한다.

⑤ 거리 D를 100cm로하여 실험을 5회정도 반복하여 이동시간 t의 평균값을 구한다.

⑥ 이론 식 (3)을 이용하여 중력가속도 g를 계산하고, 이때 g에대한 오차를 설정해 본다.

⑦ 앞의 실험 과정을 받침목의 높이 h를 바꾸어 반복한다.

2) 자유낙하 운동

① 삼각 스텐드

② 포토게이트 타이머(photogate timer), photogate 고정막대, time plate

③ 충격 완화용 패드

④ 구슬 3종류(쇠구슬, 플라스틱 구슬, 탁구공)

① photogate를 낙하높이를 정한 후 스탠드에 고정시킨다.

② 낙하지점에 충격 완화용 패드를 설치하고, 그 위에 time plate 를 올려놓고 photogate timer에 잭을 연결한다.

③ photogate를 pulse mode에 맞춘다.

④ 낙하높이 h(100cm)와