[물리학실험 레포트 보고서] 비틀림진자 예비

1. 이 실험의 목적은 무엇인가 비틀림 진자의 주기를 측정하여 철사의 강성률을 구한다. 2. 측정치의 계산에 이용되는 관계식들을 기본 이론에서 찾아 각각의 물리적 의미를 설명하시오. 1) 관성모멘트 바퀴가 돌 때 회전에 관련된 운동에너지가 있다. 바퀴가 수많은 작은 입자들로 구성되어 있다면, 질량이 mi이고 속력이 vi인 i번째 입자의 운동에너지는 mivi2이다. 전체 바퀴의 운동에너지는 k바퀴를 구성하는 모든 입자들의 운동에너지의 합이다. k=mivi2 회전축으로부터 거리가 서로 다른 입자들은 다른 선속도 vi를 가지고 있으나, 바퀴는 강체이기 때문에 각 입자들은 같은 각속력 w를 갖는다. vi=Riw를 사용하면 바퀴의 운동에너지는 k=miRi2w2 이다. 위 식에서 과 w2를 밖으로 빼내면 k=w2(miRi2) 이 된다. miRi2을 관성모멘트 또는 회전관성이라고 한다. (기호:I) I=miRi2) (SI단위:kgm2) “축에 대한 물체의 관성모멘트는 물체가 그 축에 대한 각속도의 변화를 저항하는 양이다” 2)비틀림 진자 그림에 나타난 바와 같이 관성 능률이 I인 원판형 물체의 질량 중심에 비틀림 탄성을 갖는 철사를 연결하고 이 철사의 나머지 한 끝을 천장에 고정시켜 수직으로 매달아 놓았다. 원판형 물체를 비틀어 주면 철사 안에서는 원상으로 복귀하려는 복원 회전력이 작용하게 된다. 복원 회전력을 , 비틀림 각을 라 하면 비틀림 각도가 비례 한계를 초과하지 않는 미소한 각일 때는 Hook법칙에 따라 =-k` 의 관계가 성립한다. 여기서 k`를 회전력 상수라 한다. 한편 a를 각속도, 즉 a=d2/dt2라 하면 =Ia=I 이므로 위의 두 식에서 +=0 의 관계식을 얻을 수 있다. 위의 두 식과 용수철의 단조화 진동의 식과 비교하면 변위 x에 대하여 각변여 각변위 가 w2에 대하여 이 대치된 것으로 완전히 일치한다. 따라서 평형점으로부터의 각변위 는 =Acos(wt+0) 이 되며 각속도는 w= 가 됨…
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