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각운동량 보존

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각운동량 보존
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기본 정보
상품명 각운동량 보존
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제조사 (주)한국과학
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상품코드 K1560-G
배송비 3,000원 (50,000원 이상 구매 시 무료)
원산지 국내
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구성품

  • 각운동량 보존 [무선] K1.5.60-G






  • 각운동량 보존 [유선] K1.5.60



특징

  • 관성 모멘트에 따른 각 운동량 변화를 학습하기에 효과적인 실험 세트이다.
  • 관성 모멘트가 다른 3가지 종류의 디스크가 포함되어 있어 다양한 실험이 가능하다.
  • 슬롯 추를 이용하여 토크의 변화를 주며 실험할 수 있다.
  • 토크를 주는 도르래의 각도를 조절할 수 있도록 설계되었다.
  • Vernier MBL 센서를 이용하여 정밀한 측정이 가능하다.
실험 원리

1. 관성 모멘트 : I

관성 모멘트란 물체가 회전 운동을 하는 상태를 계속 유지하려는 성질을 의미한다. 동일한 물체라도 회전 축의 위치에 따라 관성 모멘트 값은 얼마든지 달라질 수 있다. 이는 회전계에서 힘에 저항하는 요소가 단순히 질량만 있지 않다는 것을 의미한다. 즉, 관성모멘트를 결정하는 요소에는 질량 중심과 회전 축 간의 거리가 포함된다. 회전 계에서는 힘과 각가속도의 관계식을 아래와 같이 정의한다.


위 식을 관성모멘트에 관한 식으로 바꾸어 쓰면 아래와 같다.


수식을 통해 알 수 있듯 물체에 작용하는 토크와 각 가속도만 알면 회전하는 물체의 관성 모멘트를 구할 수 있다.

2. 각 운동량 보존
자유롭게 회전하는 물체에 토크(τ)가 가해질 때 물체의 각 운동량은 변화한다.
회전하는 계에 존재하는 디스크 A의 관성 모멘트가 I_A, 디스크 B의 관성 모멘트가 I_B라고 가정한다. 이미 회전하고 있는 디스크 A 위에 디스크 B를 살짝 올려 놓았다. 이때 각 운동량 보존 법칙이 성립한다고 보면 계에 작용한 외부 토크가 없으므로 계의 총 각운동량은 보존된다. 그러므로 아래의 수식이 성립한다.



위의 두 수식을 대입하여 각 속도에 대한 수식으로 정리한다.



각운동량 보존 실험을 통해 회전하는 물체의 관성모멘트를 측정할 수 있다. 또한 각 속도의 변화를 측정하고 각운동량 보존 법칙을 확인할 수 있다.
실험 그래프


실험 목록

  • 관성모멘트 측정
  • 각운동량 보존
  • 회전 운동계의 이해

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