09. 관성 모멘트 실험 (Moment of inertia)
관성 모멘트 (Moment of inertia)
◎ 실험 목적
- 반지형, 원반형 물체의 관성 능률을 측정하여 이론값과 비교한다.
◎ 강체
- 외력을 가해도 크기나 형태가 변하지 않는 이상적인 물체
회전을 할 때 질량 중심으로부터의 점질량까지의 거리가 일정해야 한다.
◎ 각변위 (Angular displacement)
- 물체가 원운동 할 때 각의 변화량
◎ 각속도 (angular velocity)
- 물체의 운동을 하나의 기준점에서 관측할 때 기준점에 대하여 회전하는 속도를 측정한 물리량
◎ 각가속도 (angular acceleration)
- 원운동하는 물체에 힘의 모멘트가 작용할 때 생기는 물리량으로
일정 시간에 대한 각속도의 변화량
◎ 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.
◎ 토크(torque)
- 물체에 작용하여 물체를 회전시키는 원인이 되는 물리량
물체에 작용하여 물체를 회전시키는 원인이 되는 물리량으로서 비틀림 모멘트라고도 한다. 단위는 N·m
◎ 실험 장치
- Mini-Rotational Accessory, 종이 클립 등 질량 set, 포토 게이트, 도르래, 버니어 캘리퍼, 스탠드, 저울
◎ 실험 이론
- 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.