l 실험 제목
관성모멘트
l 실험 목적
회전 역학계의 축, 막대, 질점 등의 회전에 의한 관성모멘트를 측정하여 관성모멘트의 개 념을 이해한다.
l 이론 요약
수평 막대에 고정된 두 물체 m1과 m2를 그림 1과 같이 회전축에 감하 낙하시키고, 질량 M인 추가 정지 상태로부터 거리 h만큼 내려오면, 역학적 에너지 보존 법칙에 의하여
Mgh = + (1)
이 성립한다. 추가 h만큼 내려왔을 때의 속도는 다음과 같이 얻을 수 있다. 질점의 운동학에서 배운 바와 같이 낙하하는 질량 M의 가속도를 a라고 할 때,
v = at, h = 이므로
v = (2)
가 된다. 이 때의 회전축의 각속도는 는
= (3)
이며, 여기서 R은 회전축의 반지름이다. 식 (1)에 (2)와 (3)을 대입하면
I = (4)
이 된다.
l 실험장치 및 기구
① 관성모멘트 측정장치
② 추걸이 및 추
③ 전자저울
④ 기타(수평자, 초시계, 줄자, 버니어캘리퍼스)
l 실험방법
A. 회전축의 관성 모멘트 측정(20 이하 질량 사용)
① 장치의 수평을 맞춘다.
② 회전축에 실을 감고 적당한 무게추를 실의 끝에 매달아 기준위치에서 낙하시키기 시작하면서 초시계를 사용하여 낙하거리 와 낙하시간 를 측정한다.
③ 낙하거리 와 낙하시간 를 측정하면 다음의 관계식으로부터 가속도 를 알 수 있다.
,
④ ②～③의 과정을 5회 반복하여 측정한 다음, 평균값을 기록한다.
⑤ 가속도가 결정되면, 회전축의 관성모멘트를 알 수 있다.
B. 회전막대(Rotating Platform)의 관성 모멘트 측정(100 이하 질량 사용)
①회전막대를 회전축에 고정시킨다.
② (A)의 ①～④의 과정을 반복한다.
③ 가속도가 결정되면 회전막대와 회전축 전체의 관성 모멘트를 알 수 있다.
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2013.05.02
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