[자연과학]일반물리학 - 경사면 위에서의 운동학[Air track]

경사면 위에서의 운동학-Air track

1. 실험목적

물체가 등가속도의 영향을 받을 때 물체의 속도가 경사면 위에서 어떻게 변화하는가 조사한다.

2. 실험 원리

물체는 경사진 Air track을 미끄러져 내려오는 글라이더이다. 시간의 함수에 따른 보통의 속도를 조사하는 대신 글라이더의 출발점으로부터 움직인 거리의 변화에 따른 글라이더의 속도를 측정할 것이다. 물체에 힘이 작용하면 정지해 있던 물체와 운동하는 물체 모두 속도가 변하게 된다. 그 힘은 F〓Ma이다. 따라서 경사면을 따라 움직이고 있는 물체에 작용하는 힘은 [그림4-1]과 같이 된다.
물체에 작용하는 힘 F〓Ma〓Mgsinθ이다. 물체의 가속도 a〓gsinθ이며, 가속도는 움직인 거리와 관계없이 일정하다. 이 실험에서 v0(초가속도), d0(초기위치)는 0이므로 속도 v〓 v0+at, 이동거리 d〓 d0+ v0t +1/2at2에서 v〓 at, d〓 1/2at2이 되고 t룰 소거하면 v〓√2ad이다.
여기서 a〓gsinθ이므로 v〓√2dgsinθ≒√2dgθ가 된다.

3. 실험기구 및 장치

① Photogate 1개 ② Computer와 Interface ③ 한 개의 Glider를 가진 System (ATS)

④ 시료용 추 ⑤ 버니어 캘리퍼스

4. 실험방법

(1) Interface와 컴퓨터를 작동시킨다.

(2) 포토게이트를 Interface의 디지털 채널 1에 연결한다.

(3) Air track에 글라이더를 올려놓고 한쪽 방향으로 가속이 되지 않게 수평을 맞춘다(Air track 다리에 있는 나사를 돌려서 맞춘다). Air supply에서 나오는 힘 때문에 약간씩 움직일 수도 있다.

(4) Riser block을 이용해서 [그림 4-2]처럼 경사면을 만든다.

(5) 버니어 캘리퍼를 가지고 트리거판의 길이(L)를 측정한다.

(6) Photogate를 이용하여 트리거판의 길이(L)를 측정한다([그림 4-3]처럼 Photogate가 트리거판을 tigger(Photogate에 감지)하는 지점을 읽는다. 그리고 나서 트리거판이 마지막 tigger되는 지점을 읽는다. 이 지점들 사이의 거리를 L이라 한다).

(7) 바탕화면에 있는 경사면 위에서의 운동학 ds 파일을 연다.

(8) [글라이더+추+트리거판]의 무게와 경사면θ를 측정한 후 Photogate에서 거리 30cm(d)되는 지점에 [그림 4-4]와

같…(생략)

(9) ▶Start 버튼을 누르고 글라이더를 출발시켜 5회 반복한다. Stop버튼을 눌러 측정을 중단한다.

(10) 측정된 시간들을 선택하여 평균값(테이블의 맨 아래에 mean값이 평균값이다)을 기록한다.

(11) 거리 d를 변화 (30,40,50,,120cm)시켜 반복한다.

(12) 질량을 변화 시켜서 (8)~(11)을 반복한다.

(13) 경사각을 바꾸어서 (8)~(12)을 반복한다.