[일반물��학씄험]에어트랙(Air Track)

1. 실험 목적
1.1. 마찰이 없는 수평 미끄럼판에서 운동하는 물체의 여러 가지 역학적 현상을 관찰한다.

2. 실험 이론 및 원리
2.1. 실험 배경
에어트랙(air track)은 압축 공기를 수많은 작은 구멍을 통하여 분출시켜 활차(glider)를 뜨게 함으로써 활차가 마찰이 없이 움직이게 만들어 주는 장치이다. 따라서 마찰이 없는 이상적인 조건하에서 물체의 병진운동, 진동, 충돌 등을 관찰할 수 있으며, 이왿� 관련된 여러가지 역학법칙 및 보존법칙 등을 확인할 수 있다.

2.2. Newton의 제 2법칙
본 실험에서는 일정한 힘에 의하여 일직선상에서 미끄러지는 에어트랙 활차의 운동을 관찰함으로써, 아래 식으로 주어지는 Newton의 제 2법칙을 실험적으로 확인하기로 한다.
F=ma (1)
질량 m의 활차에 작용하는 일정한 힘 F는 실의 장력에 의하여 주어진다. 이 활차왿� 질량이 M인 추가 팽팽히 붙어서 움직이므로 같은 크기의 가속을 받는다. 그러나 이 두 물체의 질량이 다를 경우 작용하는 힘은 다르다. 각각에 대한 Newton의 운동 방정식
T = ma
Mg-T = Ma
로부터 실의 장력 T를 소거하면 다음의 가속도를 얻는다.

a`= {M} over {m`+`M``} g`` (2)
즉, 뉴톤의 제 2법칙이 성립하면 가속도의 값은 식 (2)의 우변에서 계산되는 값이어야 한다.
이제 순전히 가속도의 정의에 입각하여 이 가속도의 값을 (실험을 통하여) 구해보자. 일정한 힘이 작용할 때, 질량 m의 활차가 정지상태로부터 출발하여 시간 △t 동안에 움직인 거리가 D라고 하면, 등가속도 운동이므로, 다음 관계식이 성립한다.
D``=` {1} over {2} a`` DELTA t ^{2} ``
따라서 D왿� △t를 측정하여 가속도
a`=` {2D} over {DELTA `t` ^{2}} `` (3)
를 얻을 수 있다. 식 (3)에서 얻어지는 가속도왿� 식 (2)에서 얻어지는 가속도를 비교하여 상대 오차를 살펴본다.