뉴턴의 운동법칙 실험 - nyuteon-ui undongbeobchig silheom

(원래 엑셀그래프가 있어서 함께 첨부하려고 했는데 안되서 그냥 글 부분만 올립니다.)

1. 실험목표 

- 힘과 질량, 가속도의 3개의 물리량사이의 관계를 알아본다. 

2. 실험이론

- 뉴턴의 운동 제2법칙에 의해서 힘이 일정할 때 질량과 가속도가 반비례하고, 질량이 일정할 때 힘과 가속도가 비례한다. 마찰력과 실의 무게, 추 고정대의 무게는 무시한다.

3. 실험방법 및 결과

 3.1 질량이 일정할 때 힘과 가속도의 관계

 ① 전체 질량을 일정하게 하기 위해서 처음에 수레위에 몇 개의 추를 올려논다.

 ② 도르래와 실을 이용해서 추와 수레를 연결한다.

 ③ 수레가 책상밑으로 떨어지지 않게 고정용 막대를 설치한다.

 ④ 시간용기록계를 이용해서 시간에 따른 이동거리를 측정한다.

 ⑤ 전체질량(=수레질량+낙하하는추의 질량)을 일정하게 하기위해서 낙하하는 추의 질량을 증가 시킬때는 수레위에 올려놓았던 추를 쓴다.

  실험결과 ; 총질량 - 1500 g (중력가속도는 10m/s2 으로 계산)               

 3.2 힘이 일정할 때 질량과 가속도의 관계

 ① 추의 질량을 항상 250g 으로 일정하게 한다.

 ② 수레위에 추를 한개 놓고 가속도를 측정한다.

 ③ 추를 하나씩 추가하면서 가속도를 측정한다.

 실험결과 ; 힘 - 2.5N (중력가속도는 10m/s2로 생각한다.)

4. 실험 결론

실험에서 오차가 심하게 나긴 했지만, 그래프를 그려보면 이론에 적당히 맞아드는 그래프가 나왔다. 질량이 일정할 때, 힘이 증가하면 그에따라 가속도도 증가하였고, 힘이 일정할 때 질량과 가속도는 반비례했다. (왜냐하면 가속도의 역수와 질량이 비례하므로) 따라서 F∝a  , m∝1/a 임을 알 수 있었다. 이를 정리하면 F = kma (k는 상수) 인데, 실험결과에서 k≒1 임을 알 수 있다. 따라서 뉴턴의 운동 제 2법칙 F=ma 가 성립함을 알수 있었다.

5. 토의 및 소감

이론만 배우다가 실제로 실험도 해보니 좀더 쉽게 이해할 수 있었다. 실험 결과가 예상했던 대로 정확히 나오지 않아 조금 아쉬웠다. 그 이유는 변인 통제에 있어서 어려움이 따랐다. 수레가 정확하게 같은 궤도로 달리지 않았고, 시간을 정확하게 맞추기도 힘들었다. 마찰력등과 같은 계산 오차도 있었고, 실험기구들의 질량도 무시했기 때문이었던 것 같다. 한번 더 실험을 하면 좀더 정확하게 할 수 있을 것 같다.
실제로 실험을 해보니까 이론으로만 계산한것과 차이가 많이 있었던 것 같습니다.특히 수레가 출발할때와 나무토막에 충돌할때가 오차가 심하게 나서, 처음과 끝부분의 실험결과는 대충 무시해야 결론을 얻어낼수 있었습니다. 그리고 그 외 추를 고정시키는 막대의 무게나, 수레의 경로가 일정하지 않았고, 종이테이프의 기록도 희미해서 실험에 어려움이 꽤 있었던 것 같습니다. 그래프를 그릴때도 반비례 그래프를 그리기 힘들어서 가속도의 역수를 취해서 그래프를 그리기도 했고, F=kma에서 k값이 실험 측정치마다 오차가 심하게 나서 조금 문제가 생기기도 했습니다. 실험에서 정확한 측정이 얼마나 중요한지 알겠습니다.

이론으로만 배울 때는 너무나도 쉬웠는데 직접 실험으로 그것을 증명하려하니 너무 어려웠던 겉 같습니다. 이론상으로 원하는 데이터가 나오지도 않고 나온다 하더라도 오차가 너무 심하게 났기 때문입니다. 실험을 통해 과학 법칙을 만들어 낸다는 것이 얼마나 어려운 일인지 깨닫게 된 것 같아 유익했던 시간이었던 것 같습니다. 그리고 직접 실험을 하니까 기억에도 더 잘 남고 더 쉽게 이해할 수 있던 것 같습니다. 앞으로도 실험을 많이 해봤으면 좋겠고, 그때는 더 오차를 줄여 정확한 실험을 해보고 싶습니다.
물리실험을 통해서 그 동안 이론으로만 알고 있었던 내용을 직접 보고 생각할 기회를 얻게 되어서 보람 있었다. 그런데, 이론으로 알고있던 바와 다른 실험결과가 나와서 실망했지만, 직접 느낄 수 있었다는 게 중요한 것 같다. 첫 실험이 실패했지만, 다음 실험부터는 더 정확한 결과를 얻도록 노력하고 또 그 결과에 내가 만족할 수 있었으면 좋겠다. 앞으로도 이론으로만 배우지 않고 실험으로 직접 느낄 수 있는 기회가 많았으면 좋겠다.