중력가속도 측정(역학수레)
**-** / (FM-8)

이론

                        (그림2)   

(1) 실험

( g : 중력가속도, a : 추와 실의 가속도, M > m )

(2) 데이터 분석

 x₁= v。t₁+ ½a(t₁)²                        --------------------------- (1)

 이 된다. 여기서 υ 0는 t = 0일 때의 물체의 속도이다. 그리고 t2초 후와 t3초 후의 물체의 위치 는 각각

 x₂= v。t₂+ ½a(t₂)²  ------------- (2)

 x₃= v。t₃+ ½a(t₃)²  ------------- (3)

 이 된다. 여기서 t2 - t1과 t3 - t2 가 같고 이 시간 간격을 Δt라 하면

Δt = t₂ - t₁= t₃- t₂ --------------------------------- (4)

 식 (1),(2),(3)에서 같은 호 동안에 생긴 거리의 차 x2 - x1= S1과 x3 - x2= S2를 구하고 식 (4)를 사용하여 정리하면 거리 S1 , S2의 차 S2 - S1= ΔS는

ΔS = a (Δt)²        --------------------------------- (5)

∴ a = △S / (△t)²       ------------------------------ (6)

 을 얻는다. 여기서 시간간격 Δt 와 이 시간에 떨어진 거리의 차 ΔS 를 알면 가속도 a를 구할 수 있다.

 

유의점

  1. 이 실험은 개정판에는 나와 있지 않습니다. 구교재를 참고하시기 바랍니다.

  2. 실험에서 얻어진 타점이 찍힌 종이 테이프는 집으로 가져가서 보고서를 작성할 때 참고하기 바랍니다.

  3. 실험 도중 종이 테이프나 먹지가 모자란 경우 담당 선생님께 말씀드려 계속 실험할 수 있도록 하시기 바랍니다.

  4. 실험 도중 장치에 고장이 생긴 경우 즉시 담당 선생님께 알려 교체후 계속 실험할 수 있도록 하시기 바랍니다.

  5. 실험시작시 실험실 맨앞에 있는 전자저울에 직접 실험도구를 올려놓고 질량을 측정하시기 바랍니다.

  

실험 목적

  1. 일정한 중력에 의한 수레의 운동을 관찰함으로써 가속도, 힘 및 질량의 관계를 이해하고 중력가속도를 측정한다.


실험장치

 

　

실험절차

 1. 먼저 수준계를 레일위에 올려놓고 레일밑에 있는 조정나사를 돌려 레일의 수평을 맞춥니다.

 2. 종이테이프를 레일의 길이만큼 잘라서 타이머에 끼웁니다.

 3. 추걸이에 추를 부착합니다.

 4. 타이머 스위치를 켠 후 수레를 잡고 있던 손을 놓아 수레가 가속되도록 합니다.

 5. 추의 질량을 변화시켜서 측정하고 또한 타이머의 주파수를 변화시켜서 데이터를 측정합니다.

 

측정할 데이타


타이머 = _____Hz : 타이머 시간간격 = ______sec

수레의 질량(M) = _______g, 추와 추걸이의 질량(m) = _______g

 

* 수레, 추의 무게를 달리하며 여러번 측정할 것.

　

지시사항

1. 타이머에는 10Hz, 40Hz 두가지를 선택할 수 있는 스위치가 있고, 각 테이블당 2개의 추가 있습니다. 이것을 조합하면 총 4가지 경우가 나오게 됩니다. 실험을 하시는 학생들께서는 각 조합당 3번씩의 실험을 하시길 바랍니다. 즉, 총 12번의 실험을 하셔야 합니다.

예) 10Hz, 50g 실험 3번, 10Hz, 100g 실험 3번...

이렇게 각 조건당 3번씩의 실험을 하시고 레포트를 제출하실 때 레포트에 첨부하는 종이테이프는 그 3번의 실험중 잘된 것 하나만 첨부하시면 됩니다. 그리고 이 종이테이프는 각 조당 1명씩만 첨부하시면 되고, 그 실험데이터는 전체 12개의 실험에 대해서 하셔야 합니다.

 

고찰할 것

  1. 수레의 속도를 시간에 따른 그래프로 그려보고 직선을 이루는지 확인해보라. 또한 가속도를 시간에 따른 그래프로 그려보라.

  2. 수레의 질량이 무거울 때와 가벼울 때의 결과가 어떻게 다른가 ? 결과에 차이가 난다면 어떤 이유에서인지, 그리고 어느 값이 더 정확한지 검토해보라

  3. 타이머를 10Hz로 동작시켰을 때와 40Hz로 동작시켰을 때 차이가 생기는가? 결과에 차이가 생긴다면 어떤 이유에서인지, 그리고 어느 값이 더 정확한지 검토해보라.


참고사항