중력가속도 측정 실험
1) 실 험 목 적
마찰 없는 미끄럼판(air track)과 광감지기(photogate)를 이용하여 마찰이 없는 등가속도 운동과 Interface 및 Time-of-Flight receptor pad Timer Switch를 통해 수직낙하하는 공의 운동을 실현해 봄으로써 가속도 운동의 기본개념을 익히고 중력가속도를 실제로 측정해 본다.
2) 실 험 이 론
1. 중력가속도Ⅰ실험
마찰을 무시할 때 각도 만큼 기울어진 비탈면 위에 있는 물체에 작용하는 가속도 의 크기는 이다. 여기서 은 중력가속도의 크기이다.
이때 가속도는 시간에 따라 변하지 않으며 이 경우 경과한 시간 , 움직인 거리 , 처음 속도 사이에는 다음과 같은 식이 성립한다.
빗면 위의 물체를 가만히 놓을 때는 이므로
이 되고, 따라서 빗면 위에서 거리를 이동하는 데 걸리는 시간 를 측정하면
의 식으로부터 중력가속도를 측정할 수 있다.
(물론 가속도가 시간에 따라 변하지 않는다는 이론의 배경가정에는 마찰 및 공기저항을 무시한 상태이다. 만일 마찰과 공기저항을 생각한다면 가속도는 시간에 따라 변하는 값이 될 것이고, 이를 식으로 표현하면 2계 비제차 선형 미분 방정식으로 나타날 것이다.)
2. 중력가속도Ⅱ실험
떨어지는 물체에 한해 공기저항을 무시한다고 하면, 물체에 작용되는 가속도는 일 것이다. 또한 초속도가 존재하지 않은 상태에서 떨어지고 수평방향으로의 힘 역시 작용하지 않으므로, 떨어지는 높이는
이 될 것이다. 따라서 물체가 지상으로 내려오기까지 걸리는 시간은
이고, 중력가속도는
이 될 것이다.
3) 실 험 방 법
1. 실험장치 및 기구
A. 중력가속도Ⅰ실험
① 에어트랙(air track)/ 압축공기 공급장치(air supply)
② 포토게이트 타이머(photogate timer), 포토게이트(photogate)
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2012.04.12
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