[물리실험] 포토게이트를 이용한 미끄럼마찰력 측정

[물리실험] 포토게이트를 이용한 미끄럼마찰력 측정

 

 

1. 이론적 설명(센서)

포토게이트(photo gate)

포토게이트는 광학적인 방법으로 물체의 운동을 측정하는 기구이다. 포토게이트에는 발광 다이오드를 쓰고 광검출기로는 광 다이오드 또는 광 트랜지스터를 써서 서로 마주보게 위치시킨다. 그 사이로 물체가 지나가면 에미터로 부터의 빛을 차단하게 되므로 광 검출기의 출력신호가 변화된다.

① 장치: 컴퓨터, 인터페이스, 힘 센서, 포토게이트 센서, 표면거칠기가 다른 두 사포, 거친바닥면을 가진 나무토막, 비커, 뷰렛, 도르래
② 재료: 물

2. 실험 과정

 

① 거칠기가 다른 두 표면 즉, 400cw, 800cw단위를 가지는 사포면을 각각 준비한다.
② 측정치를 높이기 위해 나무토막도 거침의 정도가 튼 것을 준비하고 그 위에 힘센서를 부착시킨다.
③ force sensor에 실을 연결하고 그 실을 도르래를 거쳐 용기에 연결한다.
④ 뷰렛을 준비하여, 용기에 일정한 양만큼의 물이 떨어지도록한다.
즉, 힘센서를 연결한 나무토막에 일정한 힘이 계속 작용하도록한다.
⑤ 400cw사포표면에 나무토막을 놓고 스탠드에 포토게이트를 옆에 사진처럼 설치하여 나무토막이 움직이는 순간의 t를 측정할 수 있도록 한다.
⑥ 실의 장력이 없는 상태에서 force sensor에 Tare 버튼(영점조절)을 누르고 Data studio의 Start버튼을 누른다.
⑦ 그래프에 용기의 무게가 측정되면, 뷰렛을 열어 일정한 양의 물이 떨어지게 된다.
어느 한계에서 나무 토막은 순간 움직이게 되고 이때 뷰렛을 잠근다.
⑧ s-t그래프를 통해 움직이는 동안의 t를 알고 F-t그래프를 통해 그 t에 따른 힘을 알
수 있다. 이렇게 함으로써 미끄럼 마찰력을 알 수 있다.(table을 이용한다면 좀 더 정밀해 진다.)
⑨ 800cw사포표면에서도 위의 과정을 반복하여 데이터 값을 비교한다.

3. 실험 결과 DATA

 

[ 운동마찰계수측정을 통한 가속도 그래프]

간단히 수행한 실험이라서, 설명이 조금 부족한 점 양해 부탁드립니다.

 

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