[연세대학교] 일반물리학및실험(1) / 공학물리학및실험(1) 1. 자유낙하 운동과 포물선 운동 실험 결과레포트

소개글

일반물리학및실험(1) / 공학물리학및실험(1) 1번 실험인 자유낙하 운동과 포물선 운동 결과 레포트입니다.

목차

1. 실험 결과
2. 결과 분석
3. 토의 및 건의 사항
4. 참고 문헌

본문내용

5. 실험 결과
Experiment 1. Free Fall
이론적인 중력가속도의 값과 일치하는지 알아보기 위해 Picket Fence를 자유낙하를 시켜서 실험하였다. 그 후 x-t 그래프와 v-t 그래프를 구해 중력가속도를 구한 후 실제 값과 얼마나 차이가 나는지 문헌에 수록된 표준 중력과 비교하여 알아보았다. 참고로 표준 중력은 다음과 같이 구할 수 있다. 위도가 φ(°)인 지점에서 표준 중력은

과 같다.

(1) Picket Fence 간격 : 0.05m

먼저 Picket Fence의 Band 간격이 0.05m인 경우 위와 같이 실험 결과가 나왔다. 이 표를 토대로 프로그램을 이용해 x-t 그래프와 v-t 그래프를 나타내었다. 이 실험은 이상적인 경우라 하였을 때 (즉 공기저항 등 다른 요소들을 무시한다고 가정할 때) 가속도가 g인 (지구 중심 방향이 +) 등가속도 운동이므로 그래프의 기울기 값이 중력가속도가 된다. 따라서 최소자승법을 이용해 기울기를 아래와 같이 구하였다. 참고로 측정 기기 (Photogate)가 시간은 소숫점 아래 셋째 자리까지 측정했고, Band의 위치는 1mm까지 표시되는 자로 측정했으므로 시간의 오차 범위는 ±0.0005 s, 위치의 오차 범위는 ±0.0005 m이다.

처음 세 그래프의 축은 시간(s), 축은 속력(m/s)를 이며 나중 세 그래프의 축은 시간(s), 축은 속력(m/s)이다. 이들은 각각 첫 번째 (주황색), 두 번째 (연녹색), 세 번째 (청색) 실험 결과를 바탕으로 그린 것이다. 세 추세선 기울기의 평균은 9.0191 m/s2으로, 실제 연세대학교 국제캠퍼스가 위치한 북위 37.384°에서의 이론적인 중력 값 g= 9.7994 m/s2과 -7.9627 %의 오차를 나타낸다. 약 -8%의 오차가 나타나는 이유는 여러 가지를 생각해 볼 수 있는데, 먼저 공기 저항이 가장 큰 영향을 주었으리라 예상한다. 그 외에도 Picket Fence가 정확히 일직선으로 낙하하지 않아 Photogate가 인식하는 시간에 차이가 생겼을 수 있는 등 여러 과실오차와 계통오차로 인해 중력가속도 값이 표준 중력값과 차이를 보인 것으로 생각된다.

참고 자료

Hugh D. Young and Roger A. Freedman, University Physics with Modern Physics (14th Ed.), Pearson, 2016.
이태욱 신동원 김호련, 『하이탑 지구과학 II 1권』, 두산동아, 2011, 28쪽