[일반물리실험 A+ 자료] 단진자의 운동과 중력 실험 보고서

[일반물리실험 A+ 자료] 단진자의 운동과 중력 실험 보고서
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설명 : “[일반물리실험 A+ 4.5 자료] – 단진자의 운동과 중력 실험 보고서”에 대한 내용입니다.

이공계 4.5 만점 수석 학생의 보고서입니다.
예비보고서와 결과보고서가 함께 작성되어 있는 레포트입니다.
총 41장의 내용으로 모든 실험 결과가 세밀하게 분석되어 있습니다.
더불어, 오차분석 및 토의가 논리적이고 체계적으로 작성되어 있습니다.
약 4장의 토의가 포함되어 있습니다.
Ⅰ. 개요 (Introduction)

ⅰ) 실험 목표

1. 단진자의 주기를 측정함으로써 진자의 길이와 추의 질량이 주기에 미치는 영향을
알아본다.
2. 측정된 주기로 중력가속도의 값을 계산해본다.
3. 진자의 위치에너지와 운동에너지를 측정하여 에너지가 보존됨을 증명해본다.


Ⅱ. 이론 (Theory)

ⅰ) 단진자 (simple pendulum)

(1) 단진자의 운동방정식과 해

(2) 단진자의 역학적 에너지 보존

㉠ 가장 낮은 점 Ⓑ를 통과할 때, 구의 속력

㉡ 구가 점 Ⓑ에 있을 때, 줄의 장력

(3) 최저점에서의 속력 측정과 역학적 에너지 보존 확인

(4) 진자의 등시성


ⅱ) 훅의 법칙


Ⅲ. 실험장치 및 실험절차 (Apparatus & Procedure)



ⅱ) 비교 변인

실험 조건에 따른 변화를 확인하기 위해서 진자의 길이, 질량, 진폭에 변화를 주고 비교한다. 그리고 각 경우에 따라 아래의 조건을 변인을 두도록 한다.

(1) 진자의 길이 변화 (6종) / 반복실험

(2) 진자의 질량 변화 (3종) / 반복실험

(3) 진자의 진폭 변화 (4종) / 반복실험


ⅲ) 실험절차

ⅳ) 주의 사항


Ⅳ. 데이터 및 결과 (Data & Results)

실험은 총 3가지 조건으로 매 실험 시 10회씩 측정한다. 다음 3가지 다른 조건으로 통제변인과 조작변인을 구분한다.



ⅰ) 진자의 길이 변화에 따른 주기 변화 측정

(1) 조작 변인

(2) 주기와 주기에 영향을 미치는 요인

(3) 주기와 진자의 길이와의 관계는 어떻게 되는가?

(4) 진자의 길이 vs 주기

(5) 진자의 길이 vs 주기의 제곱

㉠ 그래프

㉡ 그래프를 통해 알 수 있는 점


ⅱ) 진자의 질량 변화에 따른 주기 변화 측정

(1) 조작 변인

(2) 중력 가속도 계산값과 측정값

(3) 진자의 질량과 주기와의 관계

(4) 진자의 질량 vs 주기

(5) 중력 가속도가 정확히 측정되었는가? 아니라면 그 이유는 무엇인가?
(문헌을 찾아 조사해보자.)



ⅲ) 진폭의 변화에 대한 주기 측정과 역학적 에너지 보존 확인

(1) 조작 변인

(2) 진폭의 변화에 대한 주기 측정과 역학적 에너지 보존 확인

㉠ 초기각도 : 5도일 때, 10회 측정값과 평균 값

㉡ 초기각도 :10도일 때, 10회 최대 운동에너지 측정값과 평균 값

㉢ 초기각도 :15도일 때, 10회 최대 운동에너지 측정값과 평균 값

㉣ 초기각도 : 30도일 때, 10회 최대 운동에너지 측정값과 평균 값



(2) 진자의 각도와 주기의 관계는 어떠한가?

㉠ 측정값 표를 통한 진자의 각도와 주기의 관계 확인

㉡ 진자의 진폭 vs 주기 그래프를 통한 관계 확인



(3) 역학적 에너지는 보존되었는가? 오차가 발생하였다면 그 이유는 무엇인가?


Ⅴ. 오차분석 (Error Analysis)

ⅰ) 절대 오차

(1) 진자의 길이 변화에 따른 주기 변화 측정


(2) 진자의 질량 변화에 따른 주기 변화 측정


(3) 진폭의 변화에 대한 주기 측정과 역학적 에너지 보존 확인


ⅱ) 오차율

오차율을 구하는 방법은 다음과 같다.

(1) 진자의 길이 변화에 따른 주기 변화 측정

(2) 진자의 질량 변화에 따른 주기 변화 측정

(3) 진폭의 변화에 대한 주기 측정과 역학적 에너지 보존 확인


ⅲ) 표준편차와 표준오차

(1) 최대 운동 에너지

㉠ 초기각도 : 5도인 경우

㉡ 초기각도 : 10도인 경우

㉢ 초기각도 : 15도인 경우

㉣ 초기각도 : 30도인 경우


ⅳ) 실험기구로부터 발생 가능한 오차 범위


ⅴ) 오차 원인 및 개선 방안


Ⅵ. 토의 (Discussion)


Ⅶ. 참고문헌 (References)

일반 물리학 실험. 김병훈 외 11명. 북스힐, 1998. 123쪽~132쪽, 289쪽~294쪽

사진 출처는 각 사진의 하단에 첨부하였다.




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