일반물리학실험 - 회전운동과 관성모멘트

1.목적회전축에 대한 관성모멘트를 실험적으로 측정하고 이론적 계산값과 비교.2.실험이론 n개의 질점으로 구성된 강체가 고정축 주위를 각속도w로 회전하면, 총 운동에너지 K는 K=1/2(∑miri^2)w^2= 1/2Iw^2 (1) 이다. 여기서 I 는 I=∑miri^2(ri는 회전축으로부터의 거리) (2) 으로서 이를 관성모멘트라 한다. 연속적인 질량 분포의 경우에는 I=∫r^2dm (3) 이 된다. 그림과 같은 장치에서 질량M인 추가 정지상태로부터 시간t 동안

실험적으로 구하고, 이론적으로 계산한 관성모멘트 값과 비교하고, 관성모멘트의 물리학적 개념을 이해한다.2. 이론 요약관성모멘트란 회전하는 물체가 그 때의 상태를 유지하려고 하는 에너지의 크기를 의미한다. 관성모멘트는 로 표시하고, 단위는이다.관성모멘트는 물체가 외부의 토크에 얼마나 민감하게 반응하는지를 나타내는 양으로서, (각 입자의 질량)를 모두 더한 값으로 정의한다.다시 말해, 물체의 운동에서 강체를 작은 입자들의 모임이

1. 실험제목 관성모멘트와 각 운동량 보존2. 실험목적 회전하는 물체의 관서오멘트를 실험을 통해 측정하고 관성모멘트의 변화에 따른 각운동량 보존에 대하여 알아본다.3. 관련이론외부에서 토크가 가해지지 않는다면 모든 물체는 일정한 각운동량을 갖는다. 이것을 각운동량 보존법칙이라고 한다. Sum tauext = dL over dt = 0 이면, L = 일정(1)여기서 tauext는 외부에서 가해진 토크이고 L은 각운동량이다.회전하고 있는 물체의 관성모멘트가 변하면

성립하는 역학계를 보존계라 한다. 진자의 운동 외에 용수철의 진동도 전형적인 예이다. 그러나 이 경우의 에너지보존법칙은 역학적 과정에 한해 성립되는 것이며, 여기에 다른 형태의 에너지(열 전기 등)가 관여할 때는 성립하지 않는다. 이 난점을 극복하고 에너지 변화과정을 모든 에너지로 확장하여 보존법칙이 모든 에너지에 대하여 성립한다고 하는 것이 열역학 제1법칙이다. 이 법칙은 물리학 전반에 걸쳐 성립하는 기본법칙으로 인정한다.

실험적으로 구하기 위해서 회전판과 도르래를 이용해 도르래에 물체를 매단다. 회전판에 토크를 가해 회전시키게 되면, I = tau over alpha(alpha는 각가속도) 이고 도르래에 의한 토크는 tau = r F (F는 장력, r은 도르래의 반경)이 되어 판에 가해진다. 이 때 뉴턴의 운동 제 2법칙을 이용하여 F를 구하면, sum ^ F = mg - F = ma. 즉 F = m(g-a)가 되며, 가속도 a는 높이 y에서 떨어뜨렸을 때 a = 2y over t^2가 된다. 각가속도 alpha = ar임을 이용하여 최종적으로 관성모멘트 I