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[자연과학][실험보고서] 뉴턴 제 2법칙[Newton`s 2nd law]

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작성일18-05-08 20:13

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[자연과학][실험보고서] 뉴턴 제 2법칙[Newton`s 2nd law]




설명

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Newton`s 2nd law

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實驗 목적
수레가 앞뒤로 움직일 때 힘과 가속도 확인
힘-시간 그래프와 가속도-시간의 그래프의 비교
힘-가속도 그래프 분석
힘과, 질량, 가속도 사이의 관계를 결정

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實驗 이론
가속도는 말 그대로 속도가 더해지는 정도를 나타내는 물리량이다. 수학적으로는 속도를 시간에 대해 미분하면 가속도가 나온다. 즉, 가속도란 시간에 따른 속도의 순간적인 變化량이다. 뉴턴은 1687년에 발표한 `자연철학의 수학적 원리(프린키피아)`에서 자신의 두 번째 운동법칙을 다음과 같이 기술하였다.
“법칙2. 운동의 變化는 가해진 힘에 비례하며 힘이 가해진 직선 방향으로 일어난다.”
여기서 운동의 變化는 운동 상태의 變化를 말하는데 뉴턴이 생각했던 운동 상태는 운동량(momentum)이라는 물리량으로 표현된다된다. 운동량은 입자의 질량과 속도의 곱으로 주어진다
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. 따라서 제2법칙은 힘=운동량의 시간에 대한 變化라고 할 수 있따 여기서도 물론 시간에 대한 變化는 수학적으로 시간에 대한 미분을 뜻한다. 운동량은 질량(m)과 속도(v)의 곱이니까, 질량이 시간에 대해 변하지 않으면 운동량의 시간에 대한 變化는 결국 속도의 시간에 대한 變化에 비례한다. 여기서 속도의 시간에 대한 變化가 바로 가속도이다.
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이 방정식의 뜻을 말로 표현하자면, 질량 m에 힘이 작용하면 이 물체의 속도가 변한다는 뜻이다. 그러니까 뉴턴역학에서의 힘이란 물체의 속도變化의 요인이 되는 무엇이다.
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實驗 도구
노트북 ( or 데스크탑, 인터페이스, 인터페이스 연결 케이블 )
센서 연결 케이블 2개
힘센서
가속도센서
카트
500g 추 2개
트랙
테이프

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實驗 방법

5. 아래 그림과 같이 카트+힘센서+가속도센서를 테이프로 묶어놓은 후 트랙 위에 올린다. (가속도센서는 본체와 전선으로 연결되어있는 동그란 판 부분이…(투비컨티뉴드 ) 가속도를 측정하는 장치이므로 이 부분만을 힘센서와 카트와 함께 묶어놓는다.) (힘센서와 가속도센서의 방향을 일치시켜야 하는데 힘센서의 고리방향과 가속도센서의 전선 방향이 + 방향이므로 이를 잘 맞추어 연결한다.)
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6. [實驗설정]을 클릭한 후 [센서설정]에 들어가 [CH A]의 [가속도센서]에서 [영점설정]을 클릭한 후 센서의 영점을 맞춘다. [CH B]의 [힘센서]에서 [영점설정]을 클릭한 후 센서의 영점을 맞추고 [적용] 버튼을 누르고 [확인] 버튼을 누른다. (영점설정을 할 때는 센서들이 움직이지 않게 한 후 실시한다.)

7. 과학實驗 툴바의 [차트 만들기]를 클릭하여 그래프를 그릴 준비를 한다.
[實驗하기]를 누른 다음 힘센서의 고리를 붙잡고 적당한 속도로 장치를 앞뒤로 반복해 움직인 후 [實驗중지]를 누른다.
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8. 이제 實驗을 실시한 일정 데이터를 이용해 힘-가속도 그래프를 그릴 것이다. 과학實驗 툴바의 [분석도구]에서 [선형]을 클릭 한 후 [기준이 되는 데이터]에 가속도의 일정 범위를, [분석할 데이터]에 힘의 같은 범위를 지정하고 [분석될 데이터]는 비어있는 오른쪽 공간의 셀을 임의로 지정하고 [확인]을 누른다.
9. 선형으로 분석된 그래프를 확인하고 그래프의 기울기와 카트+힘센서+가속도센서의 질량과 비한다.

10. [카트+힘센서+가속도센서+500g 추]를 이용하여 위 實驗을 반복한다.

11. [카트+힘센서+가속도센서+500g 추 2개]를 이용하여 위 實驗을 반복한다.
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주의 사항
센서 연결 케이블을 단자에 꼽을 때 단자의 모양과 케이블의 모양이 맞게 들어갔는지 확인한다.
힘센서와 가속도센서는 매 實驗을 반복할 때마다 영점을 다시 잡아주어야 한다.
힘센서의 고리를 잡고 물체를 움직일 때 윗방향이나 아랫방향으로 힘을 주지 않도록 한다.
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결과 분석

1. 물체의 움직임을 힘-시간 그래프와 가속도-시간 그래프를 이용해 설명(說明)하라.



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