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자연과학 자료실 실험보고서 자료실 뉴턴 제 2법칙Newton`s 2nd law 자료실 다운로드

작성자
admin
작성일
2022-05-08 20:26
조회
99
자연과학 자료실 실험보고서 자료실 뉴턴 제 2법칙Newton`s 2nd law 자료실 다운로드





자연과학 자료실 실험보고서 자료실 뉴턴 제 2법칙Newton`s 2nd law 자료실

[자연과학][실험보고서] 뉴턴 제 2법칙[Newton`s 2nd law]



Newton`s 2nd law


실험 목적
수레가 앞뒤로 움직일 때 힘과 가속도 확인
힘-시간 그래프와 가속도-시간의 그래프의 비교
힘-가속도 그래프 분석
힘과, 질량, 가속도 사이의 관계를 결정


실험 이론
가속도는 말 그대로 속도가 더해지는 정도를 나타내는 물리량이다. 수학적으로는 속도를 시간에 대해 미분하면 가속도가 나온다. 즉, 가속도란 시간에 따른 속도의 순간적인 변화량이다. 뉴턴은 1687년에 발표한 `자연철학의 수학적 원리(프린키피아)`에서 자신의 두 번째 운동법칙을 다음과 같이 기술하였다.
“법칙2. 운동의 변화는 가해진 힘에 비례하며 힘이 가해진 직선 방향으로 일어난다.”
여기서 운동의 변화는 운동 상태의 변화를 말하는데 뉴턴이 생각했던 운동 상태는 운동량(momentum)이라는 물리량으로 표현된다. 운동량은 입자의 질량과 속도의 곱으로 주어진다

. 따라서 제2법칙은 힘=운동량의 시간에 대한 변화라고 할 수 있다. 여기서도 물론 시간에 대한 변화는 수학적으로 시간에 대한 미분을 뜻한다. 운동량은 질량(m)과 속도(v)의 곱이니까, 질량이 시간에 대해 변하지 않으면 운동량의 시간에 대한 변화는 결국 속도의 시간에 대한 변화에 비례한다. 여기서 속도의 시간에 대한 변화가 바로 가속도이다.

이 방정식의 뜻을 말로 표현하자면, 질량 m에 힘이 작용하면 이 물체의 속도가 변한다는 뜻이다. 그러니까 뉴턴역학에서의 힘이란 물체의 속도변화의 요인이 되는 무엇이다.

실험 도구
노트북 ( or 데스크탑, 인터페이스, 인터페이스 연결 케이블 )
센서 연결 케이블 2개
힘센서
가속도센서
카트
500g 추 2개
트랙
테이프


실험 방법

5. 아래 그림과 같이 카트+힘센서+가속도센서를 테이프로 묶어놓은 후 트랙 위에 올린다. (가속도센서는 본체와 전선으로 연결되어있는 동그란 판 부분이 가속도를 측정하는 장치이므로 이 부분만을 힘센서와 카트와 함께 묶어놓는다.) (힘센서와 가속도센서의 방향을 일치시켜야 하는데 힘센서의 고리방향과 가속도센서의 전선 방향이 + 방향이므로 이를 잘 맞추어 연결한다.)

6. [실험설정]을 클릭한 후 [센서설정]에 들어가 [CH A]의 [가속도센서]에서 [영점설정]을 클릭한 후 센서의 영점을 맞춘다. [CH B]의 [힘센서]에서 [영점설정]을 클릭한 후 센서의 영점을 맞추고 [적용] 버튼을 누르고 [확인] 버튼을 누른다. (영점설정을 할 때는 센서들이 움직이지 않게 한 후 실시한다.)

7. 과학실험 툴바의 [차트 만들기]를 클릭하여 그래프를 그릴 준비를 한다.
[실험하기]를 누른 다음 힘센서의 고리를 붙잡고 적당한 속도로 장치를 앞뒤로 반복해 움직인 후 [실험중지]를 누른다.

8. 이제 실험을 실시한 일정 데이터를 이용해 힘-가속도 그래프를 그릴 것이다. 과학실험 툴바의 [분석도구]에서 [선형]을 클릭 한 후 [기준이 되는 데이터]에 가속도의 일정 범위를, [분석할 데이터]에 힘의 같은 범위를 지정하고 [분석될 데이터]는 비어있는 오른쪽 공간의 셀을 임의로 지정하고 [확인]을 누른다.
9. 선형으로 분석된 그래프를 확인하고 그래프의 기울기와 카트+힘센서+가속도센서의 질량과 비한다.

10. [카트+힘센서+가속도센서+500g 추]를 이용하여 위 실험을 반복한다.

11. [카트+힘센서+가속도센서+500g 추 2개]를 이용하여 위 실험을 반복한다.

주의 사항
센서 연결 케이블을 단자에 꼽을 때 단자의 모양과 케이블의 모양이 맞게 들어갔는지 확인한다.
힘센서와 가속도센서는 매 실험을 반복할 때마다 영점을 다시 잡아주어야 한다.
힘센서의 고리를 잡고 물체를 움직일 때 윗방향이나 아랫방향으로 힘을 주지 않도록 한다.

결과 분석

1. 물체의 움직임을 힘-시간 그래프와 가속도-시간 그래프를 이용해 설명하라.
2. 물체의 질량과 힘-가속도 그래프의 기울기를 서로 비교하고 오차를 분석하라.
3. 힘-시간-질량의 관계를 설명하라.

빈 카트 일 때


1. 힘-시간 그래프와 가속도-시간 그래프는 나란한 방향을 띄고 있다. 카트가 앞으로 움직일 때는 양의 방향으로써 그래프가 증가함을 볼 수 있고 카트가 뒤로 움직일 때는 음의 방향으로써 그래프가 감소함을 볼 수 있다.

추 500g 1개를 추가했을 때


2. 빈카트 일 때보다 추1개를 추가했을 때가 기울기가 증가하였고 추1개를 더 추가했을 때는 기울기가 더욱 증가하였다. 따라서 물체의 질량이 증가할수록 그래프의 기울기도 증가하게 된다는 점을 알 수 있다.
이 때의 기울기는 공기저항과 마찰력으로 인하여 이론상의 결과값과 실제의 결과값과 오차가 생기게 된다.

추 500g 2개를 추가했을 때


3. 질량이 일정할 때 뉴턴의 제 2법칙인 F=ma 에 따라 질량이 일정할 때 시간에 따른 가속도의 변화는 힘에 비례하다는 것을 알 수 있다.

비고 및 고찰
이번 실험을 통하여 뉴턴의 제2법칙인 F=ma 라는 식에서 카트에 추를 1개, 2개를 차례로 추가하면서 질량을 증가시키고 그 질량이 일정할 때 가속도의 변화는 힘에 비례하다는 점을 알 수 있었다.
_NOTES_1_

8



자료출처 : https://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?xid=a&kid=b&pk=11077062&sid=leesk55&key=



[문서정보]

문서분량 : 18 Page
파일종류 : PPTX 파일
자료제목 : 자연과학 자료실 실험보고서 자료실 뉴턴 제 2법칙Newton`s 2nd law 자료실
파일이름 : [자연과학][실험보고서] 뉴턴 제 2법칙[Newton`s 2nd law].pptx
키워드 : 자연과학,실험,뉴턴,제,법칙,Newton`s,nd,law,자료실,실험보고서
자료No(pk) : 11077062
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