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중력 가속도 측정
1.실험목적
자유 낙하하는 물체의 운동을 이해하고, 중력 가속도 값을 측정한다.
2.관련이론
그림과 같이 정지 상태의 질량 인 구슬을 이용하여 높이 에서 자유낙하 운동을 시킬때, 물체에 작용하는 힘 는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
(자유 낙하 운동이므로 가속도 는 중력가속도 로 쓸 수 있다.)
1차원 운동의 경우
정지 상태이므로 초속도는 0 이다. 그러므로 높이 는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 중력 가속도 에 관한 식으로 정리하면,
으로 나타낼 수 있고, 측정 높이와 시간을 측정하여 중력 가속도 값을 알 수 있다.
3.실험방법
Dropbox의 하단 Magnet에 3종류의 공을 각각 연결한 후 버튼을 누르면 자성이 사라지며 공이 낙하한다. Dropbox와 Time of flight Accessary는 Science workshop interface를 통해 컴퓨터와 연결되어 있으며, 컴퓨터의 Pasco Data Studio프로그램이 Dropbox와 연결된 낙하 스위치를 누르는 순간부터 Time of flight Accessary에 충돌하는 순간까지의 Time interval을 계산하여 화면에 출력한다.
① 쇠구슬, 플라스틱공, 골프공의 지름을 디바이더로 잰 후 철심의 접착여부를 확인한다.
② Dropbox와 Time of flight Accessary의 output code가 interface device에 제대로 연결 되어 있는지를 확인한다.
③ 컴퓨터를 킨 후 바탕화면의 Data Studio program을 실행시킨 후, Create experiment란을 클릭한다.
④ 화면에 나오는 interface device 사진의 Dropbox연결부와 Time of flight Acc연결부를 각각 클릭한 후 리스트의 가장 아래에 나오는 Time of flight interval을 선택한다. 그 다음 화면의 좌하부에 있는 Digit란을 드래그하여 사진으로 옮기면 시간을 측정하는 창이 뜬다.
⑤ Dropbox의 magnet부분에 쇠구슬을 붙이고 쇠구슬의 끝과 바닥에 있는 Time of flight Acc.의 거리가 1m가 되도록 Dropbox의 높이를 조절한다.
⑥ 컴퓨터 화면의 좌상부의 start버튼을 누르면 상단의 패널에 시간이 흘러가게 된다.
⑦ 이때 Dropbox와 연결된 초록색 스위치를 누르면 순간 magnet의 자성이 사라지며 공이 Time of flight Acc.에 낙하하게 된다.
⑧ 공이 Time of flight Acc.에 부딪치면 컴퓨터 화면의 창에 낙하시간이 표시되는데 이를 3회씩 반복하며 기록한다.
⑨ 공이 잘못 떨어지거나 떨어지지 않아 결과가 나오지 않을땐 Time of flight Acc.에 충격을 주면 창에 잘못된 결과가 뜨는데 이를 확인하고 재실험한다.
⑩ 공을 플라스틱공, 골프공으로 바꾸어가며 ⑤⑦⑧⑨를 반복한다.
4.실험결과
구…(생략)
5.분석 및 토의
6.참고문헌
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무게는 낙하시간에 영향을 주지 않는다. 실제 물체에 작용하는 중력가속도는 일정함을 알 수 있고, 그러므로 진공 중에서 서로 다른 물체를 낙하시킨다면 무게와 크기에 상관없이 동시에 떨어질 것이고, 상대적으로 공기중 에서보다 밀도가 큰 물 속에서 낙하시킨다면 떨어지는 속도 차는 더욱 커질것임을 예측할수 있다.
고교 과정까지 반복했던 단순히 책에 나와있는 내용만 수동적으로 받아들이는게 아닌 실험의 결과를 분석해보고, 추가 자료를 찾아보는 일은 힘들지는 몰라도 대학물리학을 공부하는 사람의 바른 자세 일 것이다. 첫 실험이라 제대로 된 실험준비를 못하여 실험 후 자료 분석에 많은 힘이 들었다. 쉬운 실험이라고 자만하지말고 잘못된 부분은 고쳐나가야겠다.
6.참고문헌
일반물리학 신규승 외9명 형설출판사 p.35
Fundamental of Physics 5thEd by haliday
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