[실험제목]
중력가속도의 측정
[목적]
마찰 없는 에어 트랙과 광감지기를 이용하여 마찰이 없는 등가속도 운동을 실험해 봄으로써 가속도 운동의 기본개념을 익히고, 중력가속도를 실제로 측정해 본다.
자유낙하 운동하는 물체의 운동을 이해하고, 중력가속도의 값을 측정한다.
[실험 이론]
마찰을 무시할 때, 각도 만큼 기울어진 비탈면 위에 있는 물체에 적용하는 가속도 의 크기는 이다. 여기서 은 중력가속도의 크기이다. 이 때 가속도는 시간에 따라 변하지 않으며 이 경우 경과한 시간 , 움직인 거리 , 처음 속도 사이에는 다음과 같은 식이 성립한다.
빗면 위에 물체를 가만히 놓을 때는 이므로
이 되고, 따라서 빗면 위에서 거리 를 이동하는 데 걸리는 시간 를 측정하면
위 식으로 부터 중력가속도를 측정할 수 있다.
그림과 같이 정지 상태의 질량 인 구슬을 이용하여 높이 에서 자유낙하 운동을 시킬 때, 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.
[실험방법]
(1)번 실험
① 수평자를 이용하여 에어트랙의 수평을 맞춘다.
② 높이 h의 받침목을 에어트랙의 한쪽 끝에 괴고 글라이더를 높은 쪽에서부터 한두 차례 미끄러뜨려 보아 마찰이 없이 잘 내려가는지 확인한다.
③ 포토게이트 타이머를 pulse 모드로 하고 글라이더를 미끄러뜨려 보아 포토게이트 타이머가 주어진 방법대로 동작하는지 확인한다.
④ 높은 쪽에서 글라이더를 정지 상태에서 출발시켜 거리 를 지나는 데 걸리는 시간 를 측정한다. 이때 포토게이트는 글라이더가 출발하자마자 바로 작동할 수 있도록 최대한 글라이더에 가깝게 놓아야 한다.
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2012.11.29
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