[자연과학] 회전운동과 관성모멘트

회전운동과 관성모멘트
실험방법

1. 회전축 자체의 관성 모멘트

(1) 그림 1과 같이 장치하고 수준기를 사용하여 장치의 회전원반이 수평이 되도록 지지대 받침판의 나사를 조절한다.

(2) 실이 감긴 회전축의 직경(2r)을 버니어 캘리퍼로 측정한다.(10회)

(3) 회전원반을 들어내고 추 걸이와 추의 질량을 저울을 사용하여 측정한 후, 추 걸이에 질량 m 인 추를 올려놓고 줄을 회전축에 고르게 감아서 추를 임의의 기준점에서 정지시킨 후, 초시계를 누름과 동시에 추를 낙하시켜 낙하거리가 (실험자가 적당하게 정함)인 지점까지 떨 어진 시간( tA)을 측정한다.

(4) 1～3과정을 반복하여 평균과 표준오차를 구하고 관성모멘트 I를 계산한다.

2. 원반과 고리의 관성모멘트

(1) 원반의 z 축에 대해 원반이 회전하도록 그림1의 회전판위에 올린다.

(2) 낙하하는데 걸리는 시간을 재기 쉽게 추의 질량을 적당하게 선택 한다. 추와 추걸이의 질량 m, 낙하거리와 h, 낙하하는데 걸리는 시간 tD을 잰다.

(3) 반복해서 추를 낙하시키고 낙하하는데 걸린 시간을 잰다.

(4) 평균과 표준오차를 구하고 다음 식을 이용해 원반의 관성모멘트 ID를 계산한다.

…(생략)

(5) 원반의 x축에 대해 원반이 회전하도록 그림1의 회전판위에 올리고 위 과정을 반복한다.

(6) 고리가 z축에 대해 회전하도록 원반위에 고리를 올리고 추를 낙하 시키면서 낙하시간 tR을 반복해서 잰다.

(7) 평균과 표준오차를 구하고 다음 식을 이용해 고리의 관성모멘트 IR를 계산한다.

(8) 원반의 질량 MD와 반경 RD을 측정하고 고리의 질량 MR과 재경 R1 외경 R2을 각각 측정한다.

(9) 측정 결과와 계산값을 비교한다.

3. 회전축이 질량 중심축과 다를 경우

(1) 그림처럼 회전판위에 회전대를 올리고 적당한 거리에 원반을 올릴 수 있는 어댑터를 결합한다.

(2) 줄이 회전판에 대해 접선 방향으로 당겨지도록 도르레의 방향을 조절한다. 추를 임의의 기준점에서 낙하기친다. 낙하하는데 걸리는 시간을 재기 쉽게 추의 질량을 적당하게 선택하다. 추와 추걸이의 질량 m, 낙하거리와 h, 낙하하는데 걸리는 시간 tP을 잰다.

(3) 반복해서 추를 낙하시키고 낙하하는데 걸린 시간을 잰다

(4) 평균과 표준오차를 구하고

(5) 회전축 중심으로부터 어댑터 중심까지 거리 d를 재고 기록하다.

(6) 회전대 위에 원반을 올린다.

(7) 낙하하는데 걸리는 시간을 재기 쉽게 추의 질량을 적당하게 선택 한다. 추와 추걸이의 질량 m, 낙하거리와 h, 낙하하는데 걸리는 시간 td을 잰다.

(8) 반복해서 추를 낙하시키고 낙하하는데 걸린 시간을 잰다.

(9) 거리 d를 바꾸고 과정 5～8을 반복한다.

(10) 평균과 표준오차를 구하고

(11) 계산결과와 로 구한 값과 비교한다.