[자연과학] 물리학실험 - 시지프스의 고민

물리학실험 - 시지프스의 고민 『 서 론 』 Ⅰ.실험의 목적 고립된 계의 에너지는 보존된다. 에너지가 소멸하는 것처럼 보이는 경우에도 이는 에너지가 다른 형태로 변화하는 것일 뿐이다. 지구 중력 하에서 움직이는 물체의 운동을 다루는 경우에 관계되는 에너지는 위치에너지와 운동에너지가 있다. 이 두 에너지의 합을 역학적 에너지라고 하며 역학적 에너지가 보존되는 계를 보존계라고 한다. 그러나 현실에서는 쓸림힘의 작용으로 역학적 에너지의 일부가 소리나 열등의 다른 에너지 형태로 바뀌기 때문에 시간이 지남에 따라 역학적 에너지가 점차 줄어든다. 이번 실험에서는 지구 중력 하에서 운동하는 물체의 운동에너지와 위치에너지 사이의 변환관계와 쓸림 효과가 역학적 에너지 보존에 미치는 영향들을 탐구한다. Ⅱ.배경이론 위치에너지는 운동에너지로 바뀔 수 있는, 또는 일을 할 수 있는 능력을 의미한다. 표준위치(지구표면)와 표준위치에서의 위치에너지(U지구표면〓0)를 가정하면 높이 h 인 곳에서의 이 물체의 위치에너지는 (1) 가 된다. 이 위치에너지를 구하는 과정에서 이미 역학적 에너지 즉, 운동에너지와 위치에너지의 합 (2) 이 일정하게 유지되는 것을 사용하였기 때문에 역학적 에너지의 보존은 자동적으로 만족된다. 이제 쇠 공과 같은 물체(강체)가 경사진 면을 따라서 직선으로 굴러서 내려오는 경우를 생각해보기로 한다. 물체가 미끄러지지 않고 구르는 경우에는 물체의 운동에너지는 질량중심의 나란히옮김(병진) 운동에너지와 질량중심을 지나는 축에 대한 제돌기(회전) 운동에너지의 합이다. 질량이 m, 반지름이 r, 속력이 v 인 쇠 공의 운동에너지는 (3) 으로, 여기서 ω 는 각속도, I 는 쇠 공의 중심을 지나는 축에 대한 관성모멘트이다. 각각은 (4a) (4b) 으로 주어진다. 따라서 식(2)의 역학적 에너지는 굴러내려오는 쇠 공의 경우에는 (5) 가 된다. 여기서 속력 v 는 경사면에서의 쇠 공의 속력이고, h 는 수직방향의 높이이다. 다음으…
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