[물리학실험 레포트 보고서] 용수철 진자의 에너지 보존 - 예비

실험 예비 보고서

3-11. 용수철 진자의 에너지 보존

1. 이 실험의 목적은 무엇인가
위치에너지의 변화를 용수철의 탄성에너지의 변화로 바꾸어 에너지가 보존됨을 확인한다.

2. 측정치의 계산에 이용되는 관계식들을 기본 이론에서 찾아 각각의 물리적 의미를 설명하시오.

1. 에너지 보존
물체가 운동하고 있는 동안 마찰력과 같은 힘이 작용하지 않는다면, 그 물체의 위치 에 너지(Ep)와 운동 에너지(Ek)를 합한 역학적 에너지는 항상 일정하게 보존된다.
Ep(mgh) + Ek(mv2) = E (일정)
2. 위치 에너지
물체가 그 위치 때문에 갖게 되는 에너지를 위치에너지라 한다. 우리가 중력을 거슬러서 물체를 들어올릴 때는 운동과 중력의 방향이 평행이므로 일을 하게 된다.
mg
h
그림 2-1
질량 m이 되는 물체에 작용하는 중력의 크기는 그 물체의 무게 mg와 같으므로, F=mg 가 되고 S=h이다. 따라서 그 물체의 높이 h만큼 올리는 데 하여진 일은
W = FS = mgh

가 된다. 즉, 질량 m되는 물체를 높이 h만큼 올리려면 mgh만큼의 일을 하여야 한다. 바 꿔 말하면 그림 2-1에서와 같이, 어느 기준점으로부터 높이 h되는 곳에 있는 질량 m되 는 물체의 중력에 의한 위치에너지 Ep는

Ep = mgh
이다. 즉, 위치에너지는 [질량] × [중력가속도] × [높이]인 것이다.
3. 훅의 법칙
용수철의 탄성 한계 내에서 용수철에 가하는 힘 F를 크게 할수록 용수철의 늘어나거나 줄어드는 길이 x는 커진다. 즉, 외력 F와 용수철…
F = -kx (k:탄성계수)

4. 탄성의 위치에너지