일반물리실험 결과보고서 - 관성 모멘트
1. 실험 목적
회전하는 강체의 회전축에 대한 관성코멘트를 역학적 에너지 보존법칙을 이용하여 실험적으로 구하고, 이론적으로 계산한 관성모멘트 값과 비교하고, 관성모멘트의 물리학적 개념을 이해한다.
2. 이론 요약
관성모멘트란 회전하는 물체가 그 때의 상태를 유지하려고 하는 에너지의 크기를 의미한다. 관성모멘트는 I로 표시하고, 단위는 kg∙m^2이다.
관성모멘트는 물체가 외부의 토크에 얼마나 민감하게 반응하는지를 나타내는 양으로서, (각 입자의 질량)×〖(입자로부터 회전축까지의 거리)〗^2를 모두 더한 값으로 정의한다.
다시 말해, 물체의 운동에서 강체를 작은 입자들의 모임이고, 이 강체가 각속력 w로 고정된 z축에 대해 회전하는 경우를 생각하자. 강체를 구성하는 각 입자의 질량 m1,m2,m3,... 이 회전축으로부터의 거리를 r1,r2,r3,...라고 할 때, i번째 입자의 운동에너지는 K_i=1/2 m_i 〖r_i〗^2이다.
또한, 회전 강체의 전체 에너지는 각 입자의 운동 에너지의 합이므로, 회전 강체의 운동에너지는 K_R=1/2(∑_i▒m_i 〖r_i〗^2)w^2=1/2 Iw^2 이다.
관성모멘트는 축 둘레의 질량분포에 따라 정해지는데, 강체의 질량이 회전축으로부터 떨어져서 분포하고 있을수록 크다. 또한, 회전 강체의 전체 회전에너지는 외부로부터 힘이 작용하지 않는 한 변하지 않으므로, 회전 도중에 관성모멘트가 변화하면 각속도가 변한다는 것을 알 수 있다. 관성모멘트는 강체를 매달아 여기에 진동을 가함으로써 측정할 수 있는데, 형태가 간단한 경우에는 계산에 의해서도 구할 수 있다.
3. 방법 요약
1-회전체를 평행조절나사를 이용하여 수평을 맞춘다.
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2016.05.13
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