감쇠-비감쇠 진동운동 실험

스프링 상수의 이론값(18N/m)왿� 측정값이 오차가 나는 원인

스프링-질량 모델에서 스프링 자체의 질량을 무시하면, 질량에 가해지는 힘은 아래로 끌어내리는 힘과 반대로 끌어올리는 힘으로 이루어져 있다. 이 때 1자유도 운동이라는 가정하에 힘벡터는 일직선상에 있으므로 스칼라로 쉽게 취급할 수 있다. 첫 번째 실험은 스프링상수를 이용한 비감쇠진동이다. 비감쇠진동은 감쇠효과를 무시하고 계속 진동 할 수 있어야 하지만, 실제로 장치에는 내부나 외부의 마찰력이 존재하기 때문에 진동체의 운동은 감쇠진동을 하게 된다. 우선 이론상으로 스프링의 질량을 제외한 상태에서 스프링 상수 K 를 정했으나, 실제로 스프링의 질량을 고려한다면 스프링 상수 K 의 값은 변화 할 것이다. 앞서 예비레포트에 있던 자료에서 고유진동수 ωn2 = K/m 을 이용하여 구했다. 시스템의 고유진동수에서 m 에는 스프링의 질량이 포함되지 않았기 때문에 실제 고유진동수의 값과 측정값의 차이는 당연히 있을 수 밖에 없다. 따라서 스프링의 질량을 고려한다면 진동수는 당연히 줄어들게 될 것이다.
실험데이타의 평균값은 이론값보다 크다. 위에 설명한대로 스프링의 질량을 감안하고 고유진동수를 측정했다면 이 오차는 좀 더 줄어들 수 있을 것이다.
또한 비감쇠진동운동에서 감쇠계수 C=0 으로 놓고 실험값을 구했으나, 실제로 실험은 감쇠현상이 작용했으므로 감쇠계수를 고려하지 않은 값보다 더 작은 값을 가질 수 밖에 없다.
또 하나로는 1자유도 자유진동 실험에서 진동체는 1자유도, 즉 직선으로만 운동을 했어야 하지만, 실제로 진동체 자체가 하나의 단일 질량체가 아니라 1kg 짜리의 질량체를 추가로 얹는 식의 질량체인데다 실험 장치 역시 1자유도가 아닌 2자유도 정도의 운동을 했다. 이는 곧 스프링의 변위 역시 직선만의 변위가 아닌 스프링의 비틀림 현상이 일어나므로 정밀한 값을 측정하기에는 무리가 있다. 그리고 마지막으로 기계적인 정밀한 시간 측정이 아닌 사람의 육안과 개인차이가 나는 반응속도로 시간을 재다보니 역시나 오차가 생기게 되었다.