역학적 에너지 실험 - yeoghagjeog eneoji silheom

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하고 싶은 말본문내용1. 실험 목적
경사면과 원주궤도를 따라서 쇠구슬을 굴리는 과정에서 쇠구슬의 회전운동 에너지를 포함하는 역학적 에너지의 보존을 관찰한다.

2. 이론 및 원리
경사면의 높이 되는 곳에서 반지름 이고 질량이 인 쇠구슬이 정지상태에서 출발하여 굴러내려 오면 쇠구슬은 운동에너지를 가지며 또한 회전운동에 대한 관성모멘트를 가지게 된다. 역학적 에너지 보존법칙은

이다. 여기서 와 는 경사면 바닥에서 쇠구슬의 선속도와 가속도이다. 물체의 형태와 회전반지름에 따라각기 고유한 관성모멘트를 가지게 된다. 이 쇠구슬의 관성모멘트
이며, 이므로 경사면 바닥에서 속력은

이다.
실제 실험에서는 의 관계는 이 (원주)궤도와 쇠구슬의 회전중심축 사이의 거리로 바뀌어야 한다. (미끄러지지 않는다는가정 아래에서)
쇠구슬이 높이 에서 정지상태에서 출발하여 그림 1과 같은 경로를 굴러 내려 원형트랙의 꼭지점 T를 겨우 통과하는 경우, 꼭지점 T에서 역학적 에너지의 와 점 B에서 쇠구슬의 속력 는 다음과 같이 구해진다.
1) 원형트랙 꼭지점에서 역학적 에너지
원형트랙 꼭지점 T에서의 운동에너지와 관성모멘트와 중력에 대한 위치에너지를 고려한 총역학적 에너지의 일반적 표현은

전자기 현상인 전자기 유도 법칙을 이용하여 역학적 현상인 역학적 에너지 보존에 대한 연구를 이론과 실험으로 수행하였다. 자석 추로 된 단진자가 코일의 폭을 지나가는데 걸리는 시간과 평형점에서 단진자의 평균속도에 대한 관계식을 이론적으로 구하고 실험값과 비교하였다. 실험은 줄의 길이와 각도, 코일의 폭 세 가지 조건을 변화시키면서 유도전류를 측정하였다. 서로 다른 방향으로 나타나는 유도전류 피크 사이의 시간 간격을 측정하여 평형점에서 단진자의 평균속도를 실험적으로 구하고 단진자의 초기 퍼텐셜 에너지가 평형점에서 운동 에너지로 바뀌는 것을 보임으로써 역학적 에너지 보존 법칙을 확인할 수 있었다.

Research on the conservation of the mechanical energy was carried out in theory and experiment using the electromagnetic induction law. The equation for the average velocity of a pendulum at a equilibrium point and the time for the pendulum to pass through the width of the coil was theoretically obtained and compared with the experimental values. In experiment the induced current was measured, changing the length and angle of the string and the width of the coil. By measuring the time interval between induced current peaks appearing in different directions, the average velocity of a single crystal at an equilibrium point was obtained experimentally and showing that the initial potential energy of a pendulum was changed from the equilibrium point to kinetic energy, we could confirm the mechanical energy conservation law.

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역학적 에너지 보존법칙(law of conservation of mechanical energy)

◎ 실험 목적
  - 위치 에너지와 운동 에너지의 변화를 측정 역학적 에너지가 보존되는지를 확인

⊙ 일(work) 
  - 물체에 힘이 작용하여 움직일 때, 힘과 변위의 곱으로 주어지는 물리량

  일은 어떤 물체에 일정한 힘을 가하여 움직이게 했을 때,
  작용한 힘의 물체 운동 방향 성분의 크기와 물체가 움직인 거리의 곱을 의미한다.

⊙ 에너지(energy)
  - 일을 할 수 있는 능력
    운동 에너지, 위치 에너지, 열 에너지, 화학 에너지, 전기 에너지 등
    단위 : 1J=1Nm

◎ 위치 에너지 (potential energy)
  - 보존력이 작용하는 공간 내에 있는 물체가 위치에 따라 잠재적으로 가지는 에너지
    중력에 의한 위치 에너지, 탄성력에 의한 위치 에너지, 분자력에 의한 위치 에너지 등
⊙ 중력 위치 에너지 
  - 물체의 높이에 따라 가지는 에너지로 질량이 m(kg)인 물체가 기준면에서 높이가 h(m)인 곳에 
   있을 때 중력 위치 에너지는 다음과 같다.

◎ 운동 에너지 (kinetic energy)
  - 운동하고 있는 물체 또는 입자가 같는 에너지 
    질량이 m(kg)이고 속도가 v(m/s)인 물체의 운동 에너지는 다음과 같다.

◎ 역학적 에너지
 - 물체의 운동 상태에 따라서 결정되는 퍼텐셜에너지와 운동에너지의 합

 A. 롤러코스터가 최고 위치에 있을 때 위치 에너지를 최대로 가진다.
 B. 점점 내려오면서 위치 에너지 중 일부가 운동 에너지로 전환된다.
 C. 최저점에서 위치에너지가 전부 운동에너지로 바뀌어 운동에너지가 최대가 된다.
 D. 위로 상승하면서 운동에너지가 위치에너지로 전환된다.

 위치에너지와 운동에너지의 합은 항상 일정하다. 
 여러 형태의 에너지를 모두 고려하면 에너지는 한 형태의 에너지에서 다른 형태의 에너지로 전환될
수는 있지만 그 총량은 일정하다.

위치 에너지를 가지고 재미있는 계산을 한 홍익대 유현준 교수님의 영상이 있어 공유를 한다.
위치 에너지와 역학적 에너지를 이해하는데 도움이 될 것이다.

https://youtu.be/4SvfxGqBWjM

◎ 추를 이용한 역학적 에너지 보존 실험

1. 실에 매달린 추를 h 높이에서 스윙하게 한다. 
2. 궤도의 최저점보다 약간 높은 곳에 놓아둔 면도날에 의해 실이 끊어진다.
3. 끊어진 추의 낙하거리(H)와 수평이동거리(D)를 측정
4. 최저점에서 추의 속력을 계산

1. 진자 운동으로 위치에너지가 운동에너지로 바뀐 속도를 구한다.
2. 수평 방향으로 날아간 거리와 높이를 구해서 추의 속도를 구한다. 
3. 1과 2의 속도를 비교한다.

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