09. 관성 모멘트 실험 (Moment of inertia)

관성 모멘트 (Moment of inertia)

◎ 실험 목적
   - 반지형, 원반형 물체의 관성 능률을 측정하여 이론값과 비교한다.

관성 모멘트

◎ 강체
   -  외력을 가해도 크기나 형태가 변하지 않는 이상적인 물체

강체

    회전을 할 때 질량 중심으로부터의 점질량까지의 거리가 일정해야 한다. 

◎ 각변위 (Angular displacement)
   -  물체가 원운동 할 때 각의 변화량

각변위, 각변위 변화량

◎ 각속도 (angular velocity)
   -  물체의 운동을 하나의 기준점에서 관측할 때 기준점에 대하여 회전하는 속도를 측정한 물리량

각속도 (angular velocity)

◎ 각가속도 (angular acceleration)
   -  원운동하는 물체에 힘의 모멘트가 작용할 때 생기는 물리량으로
      일정 시간에 대한 각속도의 변화량

각가속도 (angular acceleration)

◎ 선속도 (Linear velocity)
   -  일차원 운동에서 시간에 대한 위치의 변화율

  강체는 모양이 바뀌지 않으므로 한 바퀴 회전하는데 걸리는 시간이 일정해야 한다. 
  따라서, 각속도(ω), 각가속도(α)는 일정하다.
  축에서 먼 입자의 선속도 v(=rω)은 더 커져야 한다

◎ 회전 운동 에너지

   - 회전하고 있는 물체 또는 입자가 지니는 에너지
     회전운동을 할 때 회전에너지는 물체가 회전운동을 유지하려는 정도를 나타내는 물리량인 관성 모멘트에 비례     
     일정 시간동안 움직인 각을 나타내는 각속도의 제곱에 비례

◎ 관성모멘트 (moment of inertia)

- 물체가 자신의 회전 운동을 유지하려는 정도를 나타내는 물리량으로써 직선 운동에서의 질량에 대응되는 양

   물체의 모양에 따라 관성모멘트의 값은 다양해진다. 

질량 관성 모멘트 (출처: openstax cnx)

빗면에서 물체가 굴러내려오는 순서. 질량과 반지름이 같다면 관성모멘트가 작을수록 먼저 내려온다. (출처: 네이버 지식백과)

◎ 토크(torque)

   - 물체에 작용하여 물체를 회전시키는 원인이 되는 물리량
     물체에 작용하여 물체를 회전시키는 원인이 되는 물리량으로서 비틀림 모멘트라고도 한다. 단위는 N·m

◎ 실험 장치 

관성능률 실험장치

- Mini-Rotational Accessory, 종이 클립 등 질량 set, 포토 게이트, 도르래, 버니어 캘리퍼, 스탠드, 저울

◎ 실험 이론 

실험 데이타

- 실험 데이터 정리하기

반지, 원반, 직립원반을 공중에서 단독적으로 회전시킬 수 없다.

그러므로 반지+원반 데이터 값에서 원반 데이터 값을 빼서 반지의 관성 능률을 계산해 볼 수 있다.

원반과 직립 원반은 회전대의 값을 빼서 관성능률을 계산한다.