[물리학실험 레포트 보고서] 예비 보고서 - 일과 에너지

시험 10. 일과 에너지
실험 목표
매달려 있는 물체, 용수철, 그리고 수레에 가해진 힘과 위치를 재기 위해 운동 감지기와 힘 센서를 쓴다.
힘과 거리 그래프를 써서 물체에 해준 일을 잰다.
속도를 재기 위해 운동 감지기를 쓰고 운동 에너지를 계산한다.
수레에 해준 일과 수레의 역학 에너지의 변화를 서로 비교한다.
실험 도구
기본 설정: 컴퓨터, LapPro(인터페이스), LoggerPro(프로그램)
센 서: 운동 감지기, 힘 감지기
기타 기구: 자, 추, 스탠드, 용수철, 고무줄
실험 방법

과정 1. 힘이 일정할 때의 일

일정한 속도로 물체를 수직 방향으로 들어올리기 위해 필요한 일을 측정할 것이다. 물체에 가해진 힘은 물체의 무게와 같으므로 그 힘은 일정하다. 일은 평균 힘과 변위를 사용하거나 거리 대 힘 그래프의 면적을 구함으로써 계산할 수 있다.
1. 운동 감지기와 힘 센서를 LapPro에 연결한다. 힘 센서의 범위를 5 또는 10N으로 설정 한다.

2. [일반물리 실험] 폴더에서 [10-1 일과 에너지/cmbl] 파일을 연다. 시간 대 거리, 시간 대 힘, 거리 대 힘의 그래프가 화면에 나타날 것이다. 데이터는 5초 동안 수집될 것이다.

3. 힘 센서의 고리에 추를 매달지 않은 상태에서 고리를 아래로 향하게 한 다음 힘 센서를 잘 고정한다. 힘 센서를 0으로 설정하기 위해 [0 포인트 설정] 버튼을 누른다.

4. 힘 센서에 질량이 200g인 추를 매단다.

5. 운동 감지기를 책상 다리와 다른 물체들로부터 멀리 떨어드린 후 바닥에 놓는다.

6. 힘 센서의 질량을 운동 감지기로부터 약 0.5m 위에 고정시킨다. 데이터를 수집하기 위해 [수집] 버튼을 누른다. 째깍하는 소리가 시작된 후 약 1s동안 기다린다. 그 다음에 힘 센 서와 질량을 수직 위쪽 방향으로 약 0.5m만큼 천천히 들어올린다. 그 다음 5s에 데이터 수집이 멈출 때까지 힘 센서와 질량을 고정시킨다.

7. [검사] 버튼을 눌러서 시간 대 거리 그리고 시간 대 힘 그래프를 조사한다. 추가 위쪽으 로 일정한 속도로 움직이기 시작한 곳을 찾는다. 데이터 표에 이때의 시작 시간과 높이를 기록한다.

8. 시간 대 거리, 시간 대 힘 그래프를 조사하여 추가 위쪽으로 움직이다가 멈췄을 때의 위 치를 찾는다. 이때의 정지 시간과 높이를 데이터 표에 기록한다.

9. 질량을 들어 올리는 동안 가해진 평균 힘을 측정한다. 들어 올리는 시간에 대응되는 부 분을 시간 대 힘 그래프에서 선택함으로써 평균 힘을 구할 수 있다. (시간 간격을 측정하 기 위해 위치 그래프를 참고한다.) 막 들어올리기 시작했을 때의 짧은 시간 구간은 포함 시키지 않는다. 평균 힘을 계산하기 위해 Statistics 버튼을 누른다. 구한 값을 데이터 표 에 기록한다.

10. 거리 대 힘 그래프에서 추가 위쪽으로 움직이는 동안에 대응되는 영역을 선택한다. (시 작 위치에서 마우스 왼쪽 버튼을 클릭하고 버튼을 누른 상태로 정지 위치까지 마우스를 드래그 한다. 마우스 버튼을 놓는다.) 들어 올리는 동안에 해당되는 거리 대 힘 그래프의 면적을 구하기 위해 Integrate 버튼을 누른다. 이 면적을 데이터 표에 기록한다.

과정 2. 늘어난 용수철에 해주는 일

용수철을 늘리는데 필요한 일을 잴 것이다. 질량을 들어 올리는데 필요한 일과는 달리, 용수철을 늘이는 동안 해준 일은 일정하지 않다. 그러나 거리 대 힘의 그래프 아래의 면적을 이용하여 일을 계산할 수 있다.

1. [일반물리 실험] 폴더 안에 [10-2 일과 에너지.cmbl] 파일을 연다. 시간 대 거리, 시간 대 힘, 그리고 거리 대 힘에 대한 그래프가 화면에 나타날 것이다. 데이터는 5초 동안 수 집될 것이다.

2. 용수철의 한쪽 끝을 단단히 고정된 지지대에 연결한다. 다른 쪽 끝은 힘 센서