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물리실험보고서 - 역학적 에너지 보존
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실험 결과 보고서
․ 실험 목적
물체가 경사진 면을 미끄러질 때 일어나는 에너지 변환을 체험하면서 그 때의 위치에너지의 손실과 운동에너지의 이익이 서로 같아짐을 확인하여 역학적 에너지 보존법칙이 성립함을 알아본다.
․ 이론
일반적으로 운동하는 물체의 위치에너지와 운동에너지는 외력이 작용하지 않는 상황 하에서는 서로 전환하여 그 합은 항상 일정하게 유지된다. 공기저항을 고려하지 않은 진자의 운동을 예로 들면 추의 운동에너지는 가장 낮은 위치에서 최대가 되고 높은 위치에서는 그 반대가 되어 양쪽 에너지의 합이 일정하게 유지된 채 운동이 계속된다. 이러한 관계를 역학적 에너지 보존의 원리라 하며 이 원리가 성립하는 역학계를 보존계라 한다. 진자의 운동 외에 용수철의 진동도 그 전형적인 예이다. 그러나 이 단계에서의 에너지 보존의 원리는 역학적인 과정에 한해 성립되는 것이며 운동과 더불어 다른 형태의 에너지들이 관여할 때는 성립하지 않는다. 이 난점을 극복하고 에너지 변환과정을 모든 에너지에 확장하여 보존의 원리가 모든 에너지에 대해서 성립한다고 하는 것이 열역학의 제1법칙이다. 현재 이 법칙은 물리학 전반에 걸쳐 성립하는 기본법칙으로 인정되고 있다.
이 실험에서는 물체가 경사진 면을 미끄러질 때 일어나는 에너지 변환을 보는 것이다. 운동 중에 최소한의 마찰과 운동을 방해할 물체가 없기 때문에 물체가 트랙을 미끄러질 때 위치에너지의 손실은 운동에너지의 이익과 거의 같게 되며 이러한 점을 이용하여 블록의 높이를 이론적으로 구해 봄으로써 역학적 에너지 보존 법칙의 성립을 확인한다.
운동에너지 = 위치에너지 =
․ 실험 방법
(1) 에어트랙의 받침대 사이의 거리 를 측정한다. 그리고 한쪽 받침대 밑에 받침목을 놓아 약간 기울어지게 하여 높이 를 잰다.
(2) 포토게이트와 포토게이트 타이머를 에어트랙에 설치한다. 포토게이트는 gate 모드로 맞추어 놓는다.
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2013.05.02
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