최신 기초전자물��학씄험1 (기물1) 9장 예비 보고서

1. 실험목표
1) 스프링에서 Hooke의 법칙을 실험으로 보여 줄 수 있다.2) 스프링-질량 진동자에서 조화진동을 실험으로 보여 줄 수 있다.3) 스프링-질량 진동자로부터 진폭, 각주파수, 주파수, 주기를 측정할 수 있다.4) 스프링-질량 진동자 주기의 스프링 상수 및 질량의 의존성을 측정할 수 있다.5) 스프링-질량 진동자에서 에너지 보존법칙을 측정하여 보여 줄 있다.6) 스프링-질량 진동자에서 감쇄진동을 측정할 수 있다.7) 진자의 주기를 측정하고 진자 길이 및 중력가속도 크기의 의존성을 측정할 수 있다.8) 진자의 에너지도표에서 안정 평형 점을 실험으로 보여 줄 수 있다.
2. 실험 배경
▶ Hooke의 법칙 : 스프링을 당기는 힘의 크기 F에 비례하여 스프링을 길이 x가 늘어나는 것 (스프링 상수, [N/m])훅의 법칙은 스프링에서만 아니고 모든 탄성체에서도 탄성범위 내에서 성립한다.

▶ 탄성체에 저장되는 탄성 포텐셜 에너지
탄성범위 내에서 스프링과 같은 탄성체에 힘을 가하면 훅의 법칙에 의하여 힘의 크기에 비례하여 길이가 늘어난다. 힘을 가하면서 이동이 있으므로 외부에서 이 탄성체에 일을 하였다. 일-에너지 정리에 의하면 계 외부에서 계에 일을 하며 계에 에너지가 저장된다. 그러므로 이 탄성체에 힘을 가해서 변형시킴으로 탄성 표텐셜에너지 형태로 저장된다. =
따라서 탄성체는 포텐셜에너지 형태의 에너지 저장 소자(Energy storage device)이다.
▶ 운동에너지 저장체로서의 질량 및 운동하는 질량의 운동에너지
질량에 힘을 가하면 뉴턴운동 제2 법칙에 의하여 가속운동을 한다. 이 과정에 물체에 힘을 가하고 이동이 있으므로 물체에 일을 한 셈이다. 일-에너지정리에 의하여 이 일이 물체에 운동에너지로 저장된다. 그러므로 질량은 운동에너지 형태의 에너지 저장 소자로 볼 수 있다. 질량 m인 물체가 속력 v로 움직이고 있을 때 이물체가 가지고 있는 운동에너지는 다음과 같이 표현된다.
=