바이킹 모형을 통하여 분석한 진자의 공기저항에 대한 고찰

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바이킹 모형을 통하여 분석한 진자의 공기저항에 대한 고찰
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동기
최근 국제유가가 상승세를 보이면서 전기세 수도세 등의 공과금이 올랐다. 그에 수반하여 대도시 근교에 있는 대형 놀이공원들을 제외한 놀이공원들은 경영난을 겪고 있다. 그래서 몇몇 놀이공원들은 사람들이 많은 시간에만 개장을 하고, 에너지가 많이 드는 놀이기구는 운영을 하지 않고 있다.
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목적
우리는 도대체 저항에 따른 에너지 손실이 어느 정도 이기에 놀이동산이 폐장을 해야 할 정도로 많은 동력을 공급해야 하는 지가 궁금하여 바이킹에서 최고의 이윤을 얻을 수 있는 이상적인 바이킹의 구조를 알아보기 위하여 이 연구를 하게 되었다.
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가설설정
진자의 반각폭은 지수 함수적으로 감소할 것이다.
진자의 진폭은 진자의 반각폭에 sin을 취한 값이므로 반각폭의 그래프와 비슷한 개형을 보일 것으로 예상된다.
또한 진자의 역학적 에너지는, 진폭이 감소하면 저항을 받는 구간 또한 줄어들기 때문에, 감소기울기가 주기가 지남에 따라 점점 감소하는 지수함수 또는 반비례함수의 꼴을 보일 것이다.
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이론적 배경 단진동 이란
수학적정의 : 반지름이 진폭 A와 같은 원의 원주를 따라 일정한 각속도로 움직이는 점을 원의 지름 위에 투영한 것
역학적정의 : 운동체가 항상 어떤 정점을 향하고, 또 그 정점으로부터의 거리에 비례하는 힘을 받을 때 하는 운동
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이론적 배경 - 운동방정식
저항이 없을 때
저항이 있을 때
여기서 잠깐!
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이론적 배경 - 운동방정식
과다감쇠(q`0)
임계감쇠(q=0)
미급…

가. 모형바이킹은 저항이 있는 단순조화진동을 한다고 생각한다. 따라서 진폭에 관계없이 모형바이킹의 주기는 일정하다고 생각한다.

나. 모형바이킹에서 측정된 값들은 바이킹의 크기가 증가하여도 그에 비례하여 증가한다고 생각한다. 따라서 실제 바이킹이 받는 저항은 바이킹에 표면적에 비례하여 모형바이킹에서 측정한 결과를 바탕으로 산출 한다.

다. 모형바이킹의 유체역학적 구조에 따른 공기의 저항 감소 또는 증가는 고려하지 않는다.

(1) 변인에 따른 진폭의 감소율(상대적인 저항) 측정

(나) 진폭에 따른 진폭의 감소율(상대적인 저항) 측정

(다) 철사의 길이에 따른 진폭의 감소율(상대적인 저항) 측정