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[자연과학] 일반물리실험 결과보고서 - 관성 모멘트 측정

등록일 : 2014-04-24
갱신일 : 2014-04-24


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[자연과학] 일반물리실험 결과보고서 - 관성 모멘트 측정
일반물리실험 결과보고서 - 관성 모멘트 측정
※ 1. 실험 목적 ~ 3. 방법 부분은 매뉴얼과 다른 내용으로 기록하고자 할 때만 기록하시오.

1. 실험 목적
원반과 링의 회전운동을 통하여 각각의 관성 모멘트를 측정하고 이론적인 값과 비교한다.

2. 이론 요약
관성모멘트란 회전운동에 있어서의 강체(剛體)의 관성의 크기를 나타내는 양(量), 즉 물체를 미소부분으로 나누어 각 부분의 질량 dm에 어느 일정 직선까지의 거리 p의 제곱을 곱해 물체 전체에 대해 합한 양이다. 그 크기를 J로 표시 하면 질점계에서는 J= ,강체(剛體)에서는 이 된다.
관성모멘트는관성능률(慣性能率)이라고도 하며, 회전하는 물체가 그 때의 상태를 유지하려고 하는 에너지의 크기를 말한다. 관성모멘트는 I로 표시하고, 단위는 kg㎡이다. 회전운동을 병진운동과 비교하였을 때, 회전운동에서의 관성모멘트는 병진 운동에서의 질량과 유사한 성질을 갖는 물리량이다. 회전하는 물체가 회전을 계속 하려는 성질인 회전 관성은 물체의 전체 질량과 질량 분포 상태에 따라 달라진다. 따라서 관성 모멘트는 물체가 외부의 토크에 얼마나 민감하게 반응하는지를 나타내는 양으로서, (각 입자의 질량)×(입자로부터 회전축까지의 거리)2 를 모두 더한 값으로 정의한다. 회전 강체의 전체 에너지는 각 입자의 운동 에너지의 합이므로, 회전 강체의 운동에너지는 다음과 같다. 여기에서 w2 은 강체 내의 모든 입자에 대해 같으므로, 괄호 안의 양을 관성모멘트로 정의하고 I로 표시한다. 관성모멘트는 축 둘레의 질량 분포에 따라 정해지는데, 강체의 질량이 회전축으로부터 떨어져서 분포하고 있을수록 크다. 플라이휠의 주변부를 크게 하는 것은 이 관성모멘트를 크게 하기 위한 것이다. 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 …(생략)
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