일반물리학 실험 : 구심력 측정 실험보고서
실험제목
구심력 측정 실험
실험목표
원운동하는 물체의 질량, 각속도 및 궤도 반지름에 의한 구심력과 원심력에 의한 탄성력과의 비교를 통해 구심력을 이해한다.
실험결과
회전체의 질량(m) = 0.151(kg)
회전하기전의 회전축-회전체의 거리 r0 = 0.0229(m)
| |
1회 |
2회 |
3회 |
4회 |
5회 |
평균 |
| 회전반경 r(m) |
0.0467 |
0.0478 |
0.0479 |
0.0480 |
0.0473 |
r=0.0475 |
| 회전각 Δф(rad) |
1.293 |
1.103 |
0.975 |
1.074 |
1.269 |
1.143 |
| Δt (s) |
0.033 |
0.033 |
0.034 |
0.033 |
0.033 |
0.33 |
각속도
Δф/Δt (rad/s) |
39.18 |
33.42 |
28.67 |
32.54 |
38.45 |
ω=34.45 |
구심력(실험값)
F = mrω² =0.151 * 0.0475 * (34.45)² = 8.512(N)
탄성력(실험값)
Δr = r - r0 = 0.0475 - 0.0229 = 0.0246(m)
추가된 질량(Δm) = 0.3488(kg)
수축된 길이(Δx) = | 0.064 - 0.075 | = 0.009(m)
용수철 상수 k = Δm * g / Δx = 0.3488 * 9.8 / 0.009 = 379.8(N/m)
F’ = kΔr = 379.8 * 0.0246 = 9.343(N)
상대오차 = |1-F’/F| * 100 = |1-9.343/8.512| * 100 = 9.762(%)
실험결과의 분석
영상분석시스템을 통해 프레임 간격으로 회전 반경과 회전각을 측정하였고 그에따라 각속도를 계산하였다. 물체가 원운동을 하면서 물체와 회전축과의 초기 거리에 비교하여 회전 반경이 늘어난다는 사실을 확인했다.
각속도의 오차가 많이 나타났는데 시스템 화면상의 오류나 포인트를 잘못 지정하여 생긴 오차로 볼 수 있을 것 같다.
상대오차는 9.762(%)로 적지 않게 나타났는데 회전을 완전히 일정한 속력으로 돌릴 수 없는 점, 공기의 저항, 분석시스템의 화면 상의 오류가 오차 요인으로 작용한 것으로 보인다.