1-5D1. 경사면 구름
(Rolling on the Inclined Plane)
(Last Updated 2011/4/28)
1. 실험기구 소개
이 실험장치는 경사면에서 물체가 굴러갈 때 물체의 회전관성 특성의 차이를 시각적이고 직관적으로 보여주기 위해 각각 다른형태(구, 원반, 링)의 동일규격으로 만들어져있다.
[그림1] 경사면 구름용 시료들 |
(1) 정지판
(2) 대구(Φ=10cm, M=810g)
(3) 소구(Φ= 5cm, M=110g)
(4) 큰원반(Φ=10cm, M=370g) |
(5) 직은원반(Φ=5cm, M=70g)
(6) 큰링(Φ=10cm, M=230g)
(7) 작은링(Φ=5cm, M=90g) | * 여기서 Φ는 직경, M은 질량, 구는 구각이 아닌 내충구(Solid Sphere)이다.
2. 실험방법
| [주의사항] 경사면의 각을 너무 크게주지 말고 (약 10~20° 정도 적당) 주고 시료가 바닥에 떨어져 변형되지 않도록 주의한다. |
1) 같은 반경의 물체
[그림2] 측면도(정지판의 사용) | (1) 왼쪽 그림과 같이 우선 같은 반경의 링과 디스크를 경사면의 상단에 정지판을 이용하여 정지시켜 놓는다.
(2) 같은 위치에서 동시에 굴러갈 수 있도록 정지판을 재빨리 빼준다. 이때 경사면의 바닥에 먼저 도착하는 물체는 무엇인가? 왜 물체의 굴러가는 속도가 다른가? 우리는 여기서 물체가 미끄러지지 않고 굴러간다고 가정한다.
2) 다른 반경의 물체
[그림3] 평면도(동심축 정렬) | (1) 반지름이 다른 동형의 두 물체(원반 큰 것과 작은 것 등)를 경사면에서 동시에 굴러가도록 할때는 어떠한가? 바닥에 먼저 도착하는 물체는 큰 것인가 작은 것인가?
[참고] 정지판의 계단모양을 이용하여 물체를 동심축 상에 정지시킬 수 있다.
이상의 결과들로 부터 우리가 내릴 수 있는 결론은? 물체(구, 원반, 링)가 경사면에서 굴러가는 가속도는 물체의 질량이나 직경과 어떤 관계가 있는가? 물체 시료가 경사면을 미끄러짐 없이 굴러갈때 각각의 가속도를 계산해보자.
| [질문] 물체가 경사면을 굴러갈때 속도가 제일 빠른 것은 무엇에 관계하는가? 관성모멘트의 크고 작음에 관계하는가? 아니면 물체의 형태에만 관계하는가? 설명해보자. |
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