일반물리 - 단진자 운동 실험

[단진자 운동]

●실험목적
단진자의 주기와 길이, 주기와 질량, 주기와 각도와의 관계를 알아보고 중력가속도의 값을 측정한다.

●이론
길이 실의 한 끝을 고정하고 다른 끝에 질량 인 추를 매달고 흔들면 단진자 운동을 하는데 이것을 단진자라고 한다. 이 단진자에 작용하는 힘은 중력 와 장력 이다. 그런데 원호의 접선 방향으로의 중력의 분력 와 장력 는 평형을 이루므로 물체에 실제로 작용하는 힘은 중력의 분력 이다. 이 힘이 복원력이다.
(단 )
여기서 물체는 변위 에 비례하고 변위와 반대 방향인 힘을 받는다. 단진자의 주기는 단진
동의 주기 공식 에 을 대입하면 된다.

그러므로 주기는 진자의 질량이나 진폭의 크기에 관계없이 진자의 길이와 관계가 있다.
여기서 우리가 실험을 통해 구하게 되는 주기는 어떤 현상이 어떤 시간적 간격으로 반복되어 일어날 때 그 간격의 최단치. 일정한 시간이 경과 할 때마다 어떤 상태가 반복해서 나타나면 이것을 일반적으로 주기변화라고 하며, 동일 상태로 돌아가는 데 필요한 시간이 주기인데, 그 역수를 진동수 또는 주파수라 한다.

다시 말해 진자를 실에 매달아 아래로 늘어뜨리면 최저점에서 정지 상태로 놓이게 되고 이 때가 평형상태이다. 그리고 진자를 한쪽으로 당겨 실을 기울이면, 평형 점에서 벗어나게 되어 중력과 장력에 의해 운동을 시작합니다. 이 때 운동에너지와 위치에너지가 서로 전환되면서 계속적인 왕복운동을 하게 된다.

마지막으로 우리 주변에서 볼 수 있는 주기 운동에는 그네, 괘종시계 추, 메트로놈(박자기), 밀물과 썰물, 인공위성 궤도, 지구의 자전과 공전 등의 긴 주기 운동과 현악기의 줄의 진동, 스피커의 진동판, 새의 날개 등의 짧은 주기운동이 있다.

●실험장치 및 기구
삼각 스텐드, photogate with timer, 추 및 photogate 고정 클램프 2개, 단진자 고정장치, photogate 고정 막대, 단진자 3개(3종류), 추달린 각도기

●실험방법
[고정 값]
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[hwp/pdf]일반물리 - 단진자 운동 실험