[자연과학]실험 보고서 - 관성모멘트 측정 장치[Experimental Apparatus for moment of Inertia]

관성 모멘트 측정 장치 (Experimental Apparatus for moment of Inertia) ★ 실험 목적 - 회전축에 대한 관성모멘트를 실험적으로 축정하고 이론적 계산과 비교한다. ★ 실험 준비물 - 회전대 - 고리달린 추 : 200g - 버니어캘리퍼 - 수준기 - 초시계 - 자 - 지지대 고정 클램프 - 도르래 고정 클램프 - 관성모멘트 측정시료 고체 실린더 : 직경 250mm, 질량 약 3.7kg 속이 빈 실린더 ; 내경 220mm, 외경 250mm, 질량 약 3.9kg 둥근 막대 : 직경 40mm, 길이 249mm, 질량 약 2.5kg 네모난 막대 : 폭 54.5mm, 길이 249mm, 질량 약 2.3kg ★ 실험 원리 - 강체가 어떤 회전축을 중심으로 회전할 때의 관성모멘트를 라고 하면 이 때의 회전운동에너지 K.E(Kinetic Energy) 는 - (1) 으로 주어진다. 여기서 는 각속도(1초 동안 1라디안만큼 회전하는 속도)이다. 특별한 대칭을 갖는 물체에 대한 관성모멘트는 아래 표와 같다. 외형 관성모멘트 고체실린더 속이 빈 실린더 둥근막대 네모난 막대 그림에서와 같이 회전축에 대한 관성모멘트 인 회전대의 밑둥에 줄을 감고 도르래를 통하여 질량 인 물체에 연결하여 운동을 시킨다. 이 때 에너지 보존 법칙에 의하여, (에너지의 형태가 바뀌거나 한 물체에서 다른 물체로 에너지가 옮겨갈 때, 항상 계 전체의 에너지 총량은 변하지 않는다는 법칙) 물체들의 운동에너지와 위채에너지의 합은 일정하므로 - (2) 이다. 이 때 위치에너지는 일 때 0으로 잡았다. 낙하하는 물체 의 운동은 등가속 낙하운동이므로 시각 일 때(일 때를 으로 잡으면)의 속도는 - (3) 로 주어진다. 식(3)을 식 (2)에 대입하면 이므로 -(4) 를 얻고, 이식으로부터 을 다음과 같이 계산할 수 있다. - (5) 관성모멘트 측정시료를 회전대 위에 올려 놓으…
관성모멘트…