[자연과학]실험보고서 - 회전관성의 측정

1. 실험 제목 : 회전관성의 측정

2. 실험 목적 : 고리와 원판의 회전관성과 토크에 대해 이해하고 실험을 통해 실험값과 이론값의 오차를 알아본다. 또한 모양과 질량이 다른 물체들의 회전운동을 통해 물체의 관성모멘트를 측정한다.

3. 실험 결과

3-1. 원반에 대한 실험
추+추걸이 질량0.025 kg원반 질량0.1145 kg스텝 도르래 반경 (r)0.02413 m원반 반경 (R)0.0475 maT123평균0.92 m/s²0.91 m/s²0.918 m/s²0.916 m/s²관성 모멘트 (I)실험값이론값0.0001410.000129오차9.30%
3-2. 샘플 링에 대한 실험
추+추걸이 질량0.025 kg원반 질량0.4069 kg스텝 도르래 반경 (r)0.02413 m샘플 링 내경 (R1)0.0268 m샘플 링 외경 (R2)0.03815 maT123평균0.212 m/s²0.210 m/s²0.211 m/s²0.211 m/s²관성 모멘트 (I)실험값이론값샘플 링 + 원반0.000662샘플 링0.000501샘플 링0.000521오차3.90%

4. 결과 분석

첫 번째 실험은 원반의 관성 모멘트를 측정하여 계산하고 그에 따른 오차를 구하는 실험이었다. 추와 추걸이가 낙하할 때 발생하는 토크를 이용하여 회전하는 물체의 관성 모멘트를 구할 수 있다. 데이터 스튜디오를 이용하여 접선가속도를 측정하였다. 그 값을 이용해 각가속도를 구하고 스텝도르래의 반경, 추와 추걸이의 질량을 통해 각가속도를 구하고
식에 대입하여 관성 모멘트의 실험값을 구하였다. 실험값은 0.000141이 나왔다. 이론값은 원반의 질량과 반경을 이용해 1/2MR²를 이용해 구하였다. 이론값은 0.000129가 나왔다. 실험값이 이론값보다 약간 더 큰 값이 나왔지만 오차 10% 내의 비교적 정확한 결과값이 나왔다.
두 번째 실험은 원반과…

5. 오차

① 추를 떨어뜨릴 때, 추가 일직선으로 떨어지지 못하고 좌우로 미세하게 진자운동을 같이 해서 정확한 값이 나오지 못했다. (개인 오차)

② 관성 모멘트의 실험값을 구하는 식을 보면 도르래의 질량과 줄의 질량을 무시하고 구할수 있게 되어있다. (외부 오차)

③ 추가 낙하할 때 공기 저항력을 받게 된다. (외부 오차)

④ 추가 낙하할 때 도르래나 회전축의 마찰을 받고 실이 감겨있는 상태, 실이 풀릴 때의 마찰에 따라 오차가 생길 수 있다. (기계 오차)

⑤ 슈퍼도르래의 방향과 실이 풀리는 방향이 정확하게 수직을 이루어야 하는데 끝까지 이동시켜도 정확하게 수직을 맞출 수 없었다. (기계 오차)

⑥ 실험에 필요한 무게나 길이를 측정할 때, 눈금을 읽을 때와 기계상의 이유로 오차가 생길 수 있다. (개인 오차, 기계 오차)

⑦ 사람의 힘으로 원반을 조이기 때문에 중간에 원반이 느슨해질 수 있다. (개인 오차)