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일반물리실험 예비보고서

실험8. 단순 조화 운동
[실험목표]
-진동하는 추와 용수철의 운동을 시간의 함수로써 위치와 속도를 잰다.
-추와 용수철에서 관측된 움직임과 단순 조화 운동의 수학적 모형을 비교한다.
-관측된 단순 조화 운동의 진폭, 진동주기, 그리고 위상 상수를 결정한다.

[실험원리]
→우선 단순 조화 운동이란 이상적으로 외부의 변인이 없는 상태에서 과감승쇠가 없이 무한대의 시간으로 계속 단순반복운동인 사이클 운동을 말하는 상태이다.
그리고 단순조화운동은 복원력이 변위에 비례해야만 한다.
예로는 용수철에 매달린 추의 운동, 단진자 등이 있다.
그 위치는 다음과 같은 식으로 나타낸다. 로 나타내며
y는 평형점에서 수직변위를 나타내고, A는 운동의 진폭이고, f는 진동수이고, t는 시간, 그리고 는 위상 상수를 나타낸다.

[예비질문]
1. 100g의 추를 용수철(용수철 상수 10N/m)에 매달고 추와 용수철이 늘어져 정지해 있도록 손으로 용수철의 반대편 끝을 붙잡고 있다고 가정하자. 추를 10cm 정도 들어 올렸다가 놓는다면 추는 어떻게 운동하겠는가 추의 운동을 예상하고 시간 대 위치 그래프를 그려라. 200g의 추를 썼을 때에는 어떤 그래프일지 그려라.

2.시간 대 위치의 그래프 밑에 동일한 길이의 시간 범위를 써서 질량에 대한 시간 대 속도의 그래프를 그려라.

[실험방법]
실험기구
-기본 설정: 컴퓨터, LabPro(인터페이스), LoggerPro(프로그램)
-센 서: 운동감지기
-기타 기구: 50, 100, 200 g 추, 스탠드, 용수철

1. 그림처럼 스탠드에 연결된 수평막대에 용수철을 연결하고 용수철에 추를 매단다.
100g의 추를 용수철에 그리고 그 용수철을 다시 막대에 단단히 고정시킨다.

2. 운동 감지기를 LabPro에 연결한다.

3. 추 밑으로 운동 감지기를 최소한 75cm 정도 되게 놓는다. 운동 감지기와 추 사이에 책상 가장자리와 같은 방해물이 없는지 확인하고, 없앤다. 추가 떨어져서 운동 감지기 와 부딪히지 않도록 주의한다.

4. [일반물리 실험] 폴더의 [08 단순조화운동.cmbl] 파일을 연다. 시간 대 변위, 시간 대 속도 그래프가 화면에 나타날 것이다.

5. 장치가 올바르게 설치되었는지 보기 위해서 예비 실행을 해본다. 추를 몇 cm 들어올렸다가 놓는다. 반드시 늘려서 진동시키지 말고 들어올려서 진동시켜라. 추를 매달아서 늘어난 길이의 절반 …(생략)
 

  
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