[자연과학] 일반물리학 실험 - 에어트랙 중력가속도 실험

1) 목적

: air track과 photogate를 이용하여 마찰이 없는 등가속도 운동을 실현하여 중력가속도를 실제로 측정해 봄으로써 자유낙하 운동하는 물체의 운동을 이해하고, 중력가속도의 값을 측정한다.

2) 실험 이론

: 마찰을 무시할 때, 각도 만큼 기울어진 비탈면 위에 있는 물체에 작용하는 가속도 의 크기는 이다. 여기서 은 중력가속도의 크기이다. 이 때 가속도는 시간에 따라 변하지 않으며 이 경우 경과한 시간 , 움직인 거리 s, 처음 속도 사이에는 이라는 식이 성립한다. 빗면위에 물체를 가만히 놓을 때는 이므로 이 되고, 따라서 빗면 위에서 거리 를 이동하는 데 걸리는 시간 를 측정하면 의 식으로부터 중력가속도를 측정할 수 있다.

3) 실험 준비물

: 에어트랙(air track), 압축공기 공급장치(air supply), 포토게이트 타이머(photogate timer), 포토게이트(photogate), 글라이더(glider), 미터자, 받침목, 수평자

4) 실험 방법

① photogate 사이의 거리를 100cm로 두고 받침목의 높이 h를 8cm, 10cm, 12cm로 맞춘 다. 그리고 을 이용하여 를 구한다.

② photogate 타이머를 pulse 모드로 두고, 글라이더를 미끄러뜨려 보아 photogate 타이머 가 주어진 방법대로 동작하는지 확인한다.

③ 높은 쪽에서 글라이더를 정지 상태에서 출발시켜 거리 를 지나는데 걸리는 시간 를 측정한다.

④ 같은 실험을 5회 정도 반복하여 이동시간 의 평균값을 구한다.

⑤ 구한 시간의 평균값 와 를 측정값 와 오차(%) 식 에 대입하여 측정값 와 오차를 구한다.

5) 실험 결과

※…(생략)

① 높이(h)가 8cm 인 경우

1.5974

② 높이(h)가 10cm 인 경우

2.9462

③ 높이(h)가 12cm 인 경우

3.3358