[자연과학] [물리학실험] 중력에너지와 회전운동 에너지 예비 및 결과 보고서

[물리학실험] 중력에너지와 회전운동 에너지 예비 및 결과 보고서
▣ 목적
이 실험에서는 낙하하는 물체가 일정한 토크를 회전원반에 준다. 물체의 중력 퍼텐셜에너지는 감소하고 병진운동에너지가 증가하며 원반의 회전운동에너지도 증가하게 된다. 퍼텐셜에너지의 감소량과 병진, 회전운동에너지의 변화량을 비교하여 에너지가 보존되는가를 검토 한다.
▣ 이론
역학적 에너지 보존법칙은 운동에너지+위치에너지〓일정 이라고 나타낼 수 있다. 물체가 직선운동과 회전운동을 동시에 한다면 위 식은 선운동에너지+회전운동에너지+위치에너지〓일정 으로 표시되고 수식으로는
(: 물체의 질량, : 물체의 관성모멘트, : 물체의 선속도, : 질량중심 주위의 회전 각속도)
이번 실험에 위 식을 적용하면, 정지하고 있던 질량이 인 추가 낙하하면서 얻은 운동에너지는
이다. 여기서 은 추를 매달은 실이 감긴 축의 반지름이다. 회전원반이 얻은 운동에너지는
이 된다. 낙하하는 추가 잃은 중력위치에너지는 가 되고 따라서
가 성립해야 한다.
원운동과 직선운동의 관계
각속도 : 단위 시간 동안에 회전한 각도를 각속도라고 한다.
시간 t초 동안에 각 만큼 움직였다고 하면 각속도는 (rad/s)이 된다. 또 다른 방법으로 주기 초 동안에 만큼 움직였다고 할 때의 각속도는 (rad/s)이다.
등속 원운동의 속력 (선속도)
속력은 일정하지만 운동 방향은 원의 접선 방향으로 계속 변하므로 속도 는 변하게 된다. 반지름이 인 원둘레를 한바퀴 도는 데 주기 초 걸렸다면 속력은 다음과 같다.
(m/s)
다른 방법으로 속력을 구하면 (m/s)이다. 결과적으로 이므로 접선 속도는 가 된다.
관성 모멘트 (moment of inertia) :
회전 운동에서 직선 운동의 질량에 …
실험 1