[일반물리실험(1)] 6주차 구심력 측정

[1] 실험값

(3) 실험 3

3중추의 질량 m = 100.28g

회전반경 r = 15cm

[2] 결과 분석

𝑟=12일 때는 실의 길이를 짧게 하여 3중추에 매달았기 때문에 𝐹g가 크게 나왔다 

구심력이 질량과 반지름에 비례, 주기의 제곱에 반비례하다는 것을 확인할 수 있다.

주기와 구심력은 음의 상관관계를 보였으며, 모든 실험에서 오차의 절댓값이 3%를 넘지 않았다.

첫 번째 실험에서는 𝐹 값이 1.442N, 표준편차는 0.0335였고,

두 번째 실험에서는 𝐹 값이 1.596N, 표준편차는 0.0239였다.

세 번째 실험에서는 𝐹 값이 2.164N, 표준편차는 0.0594였으며,

네 번째 실험에서는 𝐹 값이 2.670N, 표준편차는 0.0325로 나타났다.

모든 실험에서 표준편차가 매우 작았는데, 이는 회전시간과 주기를 녹음한 후 소리가 나는 구간을 분리하여 측정함으로써 주기와 각속력 간의 편차를 최소화하고, 그로 인한 오차를 줄였기 때문이다.

사진처럼 구간끼리의 차이가 0.001초도 나지 않는 것을 볼 수 있다.

한 실험에서의 매 회차마다 회전시간과 주기가 거의 일치했고 따라서 한 실험에서의 오차의 폭이 적었다.

[3] 오차 논의 및 검토

 

주기의 시간을 0.001초씩만 변경해도 오차율이 0.3%p씩 변하는 점을 고려할 때, 본 실험의 결과는 상당히 정확하다고 볼 수 있다. 다만, 용수철이 표시된 지점까지 내려오는지를 사람의 눈으로 확인하는 과정에서 일부 오차가 발생했을 가능성이 있다. 실험 1, 2, 3에서는 지표관이 지표 브래킷의 가운데로 오도록 배치했으나, 실험 4에서는 수평일 때 지표 브래킷에 완전히 가려지는 길이를 기준으로 설정하여 오차를 더욱 줄일 수 있었다. 또한, 도르래의 마찰과 3중추가 정확히 수평을 이루지 못한 점 등이 𝐹g 값의 오차에 영향을 미쳤을 가능성이 있다.

 

[4] 결론

 이 실험은 오차율이 0% 근처에서 잡히고, 오차나 날 만한 조건들을 최대한 정확하게 측정하였기 때문에 매우 정확한 실험이라고 할 수 있다. 용수철의 탄성력을 이용하여 구심력을 측정하고, 구심력이 질량과 반지름에 비례, 주기 의 제곱에 반비례하다는 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다. 이 실험으로 구심력을 이 해하고 계산해 볼 수 있었다.