한양대 에리카 일반물리실험 에너지 보존

소개글

"한양대 에리카 일반물리실험 에너지 보존 A0 학점"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 실험 과정
4. 실험 결과지
5. 결과 및 분석
6. 결과 토의
7. 과제용 질문
8. 참고 문헌

본문내용

실험 목적
단형, 언덕형, 만곡형 등 여러 가지 형태의 트랙을 설계하고 트랙의 특정 지점에서의 운동 에너지와 중력 퍼텐셜 에너지를 계산하여 역학적 에너지를 구한다. 각 지점들의 역학적 에너지를 비교해보고 각 지점에서의 역학적 에너지의 보존 여부를 확인한다. 역학적 에너지가 보존되지 않았다면 손실 이유에 대해서도 고찰한다.

실험 이론
에너지란 일을 할 수 있는 능력을 의미한다. 에너지는 소리 에너지, 화학 에너지, 운동 에너지 등 여러 가지 형태로 존재한다. 그중 역학에서 다루는 에너지는 퍼텐셜 에너지와 운동 에너지다. 운동 에너지(K)는 운동하는 물체가 가지는 에너지로 물체의 질량(m)에 속도의 제곱(), 을 곱한 값으로 정의된다.
(수식1)
퍼텐셜 에너지는 탄성 퍼텐셜 에너지와 중력 퍼텐셜 에너지가 있는데 해당 실험에선 중력 퍼텐셜 에너지만 다룬다. 중력 퍼텐셜 에너지(U)는 물체의 질량(m)에 중력 가속도(g), 기준점으로부터의 물체의 높이(h)를 곱한 값으로 아래와 같이 정의된다.
(수식2)
역학에서 일(W)은 전달된 에너지를 의미한다. 이는 물체의 힘에 물체의 변위를 곱한 값으로 정의된다. 이때 물체의 힘은 뉴턴 법칙에 의하면 물체의 질량(m)과 물체의 가속도()를 곱한 값이다. 따라서 일은 다음과 같이 정의할 수 있다.
(수식3)
일은 스칼라 곱으로 계산되므로 스칼라값을 가진다. 따라서 이를 표현하면 다음과 같이 나타낼 수 있다. 해당 수식에서 는 물체의 힘과 변위의 방향 사이의 각을 의미한다.
(수식4)
역학에서 일의 정의가 전달된 에너지를 의미하는 만큼 일과 에너지는 긴밀한 관계가 있다. 뉴턴 운동의 계에서 운동하는 물체가 있다고 가정한다. 초기 위치 에서 의 속도로 운동하는 물체가 나중 위치에 도달했고 이때 속도를 라고 하면 가 성립한다. 물체의 변위 를 로 두고 양변에 물체의 질량 m을 곱하고 2로 나누면 다. (수식1)에 의하면 다.
이를 물리적으로 해석하면 운동 에너지의 변화량이 일이라는 것이다. 해당 의미를 식으로 정리하면 다음과 같다.

참고 자료

일반 물리학 실험/ 판수: 4/ 저자: 한양대학교 물리 위원회/ 발행일: 2020년 2월 20일/ 출판사: 한양대학교 출판부
Principles of physics/ 11판/ 저자: David Halliday,Robert Resnick, Jearl Waler/ 발행일: 2021년 2월 25일/ 출판사: 텍스트북스