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제목 : Static and Kinetic Friction

▶ 실험 목적

● 나무블록과 테이블의 최대정지마찰계수를 구한다.

● 나무블록과 테이블의 운동마찰계수를 구한다.

● 질량과 마찰력의 관계를 확인한다.

● 표면에 닿는 넓이와 마찰력의 관계를 확인한다.

● 표면의 상태와 마찰력의 관계를 확인한다.

● 마찰력이 작용하는 물체의 움직임을 확인한다.

▶ 실험 이론

- Chapter 5.3 참조

마찰과 유체 저항 : 두 물체 사이의 접촉력은 항상 접촉의 표면에 수직인 수직 항력 과 그 표면에 평행한 마찰력 에 의해 대표될 수 있다. 물체가 표면 위에서 미끄러질 때, 마찰력은 운동 마찰이라고 불린다. 운동 마찰력의 크기 는 근사적으로 수직 항력의 크기 에 운동 마찰 계수 를 곱한 것과 같다. 물체가 표면에 대해서는 움직이지 않으면, 마찰력은 정지 마찰이라고 불린다. 가능한 최대의 정지 마찰력은 근사적으로 수직 항력의 크기 에 정지 마찰 계소 를 곱한 것과 같다. 실제 정지 마찰력은, 상황에 따라, 0으로부터 이 최댓값 사이의 어느 값이든 가능하다. 접촉한 한 쌍의 표면이 정해지면 는 보통 보다 더 크다.

운동 마찰력의 크기 : 정지 마찰력의 크기 :

▶ 실험 도구

노트북 ( or 데스크탑, 인터페이스, 인터페이스 연결 케이블 )

센서 연결 케이블

모션디텍터

힘센서

나무블록

500g 추 2개

▶ 실험 방법

1. 노트북 뒷면의 [CH A] 포트에 센서 연결 케이블의 한쪽 끝을 연결하고, 다른 한쪽 끝을 힘센서에 연결한다.

(데스크탑을 사용할 경우 본체의 USB 포트에 인터페이스 연결 케이블의 한쪽 끝을 연결하고, 다른 한쪽 끝을 인터페이스에 연결한다. 인터페이스의 [CH A] 포트에 센서 연결 케이블의 한쪽 끝을 연결하고, 다른 한쪽 끝을 힘센서에 연결한다.)

2. Excel 프로그램을 실행한다.

3. 메뉴의 추가기능 탭에서 [실험설정]을 클릭한 후 [채널설정]에 있는 “Excel 2007 전용 프로그램으로 실험하기”를 해제하고 [적용] 버튼을 누른다. [센서설정]에 들어가 [CH A]에 [힘센서]가 제대로 설정이 되어있는지 확인하고 [적용] 버튼을 누른다.

4. [입력설정]에 들어가 측정간격(초)을 0.05초로 변경 한 후 [적용] 버튼을 누르고 [확인] 버튼을 누른다.

5. 나무블록의 바닥면이 부직포가 없는 넓은 면으로 향하게 한 뒤 블록의 고리와 힘센서의 고리를 연결한다.

6. [실험설정]을 클릭한 후 [센서설정]에 들어가 [CH A]의 [힘센서]에서 [영점설정]을 클릭한 후 센서의 영점을 맞추고 [적용] 버튼을 누르고 [확인] 버튼을 누른다. (영점설정을 할 때는 센서가 움직이지 않게 한 후 실시한다.)

7. 과학실험 툴바의 [차트 만들기]를 클릭하여 그래프를 그릴 준비를 한다.

8. [실험하기]를 누른 다음 힘센서의 고리를 붙잡고 적당한 힘으로 나부블록을 당긴 후 [실험중지]를 누른다. (힘을 한번에 세게 가하지 말고 작은 힘부터 시작하여 블록이 움직일 때까지 천천히 힘을 증가시켜 블록이 움직이게 한다.) 운동마찰력이 관찰될 수 있도록 나무블록을 충분히 움직인다.

9. 출력된 힘-시간 그래프를 이용하여 최대정지마찰력과 운동마찰력을 구하여 Data Table에 기입한다. (실험을 3번 반복하여 나오는 평균값을 기입한다.)

10. 나무블록의 바닥면이 부직포가 있는 넓은 면으로 향하게 한 뒤 6~9 과정을 반복한다.

11. 나무블록의 바닥면이 부직포가 있는 좁은 면으로 향하게 한 뒤 6~9 과정을 반복한다.

12. 나무블록의 바닥면이 부직포가 없는 넓은 면으로 향하게 한 뒤 500g의 추를 하나 올려놓은 뒤 6~9 과정을 반복한다.

13. 나무블록의 바닥면이 부직포가 없는 넓은 면으로 향하게 한 뒤 500g의 추를 두개 올려놓은 뒤 6~9 과정을 반복한다.

14. [CHA] 포트에 연결된 힘센서를 제거하고 모션디텍터를 연결한다.

15. 과학실험 툴바의 [실험설정]을 클릭한 후 [센서설정]에 들어가 [CHA]에 [운동기록센서]가 제대로 설정이 되어있는지 확인하고 [적용] 버튼을 누른다.

16. [과학실험] 란의 [실험 시트 만들기] 에서 [속도, 가속도 실험-운동센서]를 실행한다.

17. 모션디텍터를 테이블의 한쪽 끝에 세워두고 약 1m 떨어진 곳에 나무블록의 바닥면이 부직포가 없는 넓은 면으로 향하게 하여 위치시킨다.

18. 과학실험 툴바의 [실험하기]를 실행하고 나무블록을 쳐서 나무블록이 모션디텍터 앞까지 미끄러지도록 하게 한 후 나무블록이 멈추면 [실험중지]를 누른다.

19. 가속도-시간 그래프를 이용하여 나무블록에 작용한 운동마찰력을 측정한다.(실험을 3번 반복하여 나오는 평균값을 기입한다.)

1. 공학윤리의 성격을 말하고 대표적인 공학규범의 사례는 어떠한가?

2. 공학윤리 문제 상황을 명료화하기 위한 세 단계는 어떻게 이루어지고 있는가?

3. 태아의 ‘도덕적 지위’에 대한 기준을 통해 어떻게 낙태문제를 결정짓는가?

4. 위험수준에 따른 책임부담은 어떻게 달라진다고 말할 수 있는가?

5. ㉮, ㉯, ㉰를 사성제와 관련짓고, ㉯는 그 명칭과 특징을 설명하시오.

㉮ 석가모니는 인간의 현실적 삶의 모습은 어떠하며 ㉯ 거기에서 벗어나는 방법은 무엇인지를 고민하던 끝에 출가하여, 35세에 보리수 아래에서 ㉰ 진리를 깨우침으로써 불타가 되었다.

6. 비폭력 문화와 생명존중에로 헌신에는 어떠한 문화초월 규범이 존재하는가?

7. 국제적인 노동착취 현장에서 공학 전문가 정신은 어떻게 발휘되는가?

8. 다음 글을 읽고 물음에 답하시오

(1) 세계윤리는 근대 자연관과 세계관의 부작용인 인구 폭발과 식량 부족, 지구 온난 화, 오존층 파괴, 산성비, 열대림 감소, 사막화 등과 같은 총체적인 문제를 극복하기 위하여 등장하였다. 이런 문제들을 해결하기 위해서는 전 지구적이고 보편적인 기준을 지닌 윤리가 요구된다.

(2) 우리는 모두 서로 의존하고 있다. 우리 각자는 전체의 복리에 의존하고 있고, 따라서 생명의 공동체, 인간, 동물, 식물, 그리고 지구의 보전을 위해 공기와 물, 흙에 대한 경외심을 가져야 한다. 우리는 인류가 하나의 가족이라고 생각한다.

(1)과 (2)는 퀑(H. Kűng)의 「세계 윤리 선언문」 중 일부이다. 이를 참고하여 그가 제시한 ‘세계 윤리’의 기본 방향 4가지와 그 한계를 쓰시오.

1. 노트북 뒷면의 [CHA] 포트에 센서 연결 케이블의 한쪽 끝을 연결하고, 다른 한쪽 끝을 모션 디텍터에 연결한다.

(데스크탑을 사용할 경우 본체의 USB 포트에 인터페이스 연결 케이블의 한쪽 끝을 연결하고, 다른 한쪽 끝을 인터페이스에 연결한다. 인터페이스의 [CHA] 포트에 센서 연결 케이블의 한쪽 끝을 연결하고, 다른 한쪽 끝을 모션 디텍터에 연결한다.)

**주의**모션디텍터는 파손되기 쉬운 고가장비이므로 충격을 주거나 떨어뜨리지 않아야 한다

2. Excel 프로그램을 실행한다.

3. 메뉴의 추가기능 탭에서 [실험설정]을 클릭한 후 [채널설정]에 있는 “Excel 2007 전용 프로그램으로 실험하기”를 해제하고 [적용] 버튼을 누른다. [센서설정]에 들어가 [CHA]에 [운동기록센서]가 제대로 설정이 되어있는지 확인하고 [적용] 버튼을 누른다.

4. [입력설정]에 들어가 측정간격(초)을 0.05초로 변경 한 후 [적용] 버튼을 누르고 [확인] 버튼을 누른다.

5. [과학실험] 란의 [실험 시트 만들기] 에서 [속도, 가속도 실험-운동센서]를 실행한다.

6. 모션디텍터를 아래방향으로 향하게 한 뒤 손에 들고 지면으로부터 약 2m위로 들어올린다.

7. 유산지를 납작하게 눌러 적당한 크기로 펼쳐 사발보양을 만든 다음 한쪽 끝을 잡고 모션디텍터의 아래에 위치시킨다.(유산지가 모션디텍터와 약 20cm정도 떨어지게 두어야 한다.)

8. 과학실험 툴바의 [실험하기]를 실행하고 유산지를 낙하시킨다. 유산지가 바닥에 닿으면 [실험중지]를 누른다.

9. 시간-거리 그래프를 이용하여 종단속도를 구할 것이다. 시간-거리 그래프의 기울기가 일정한 구간(운동의 마지막 부분에서 등속도로 운동한 구간. 시간-속도 그래프에서 속도가 일정한 구간과 같은 구간이다.)의 데이터 범위를 이용하여 기울기를 측정하기위해 다음의 과정을 이용한다. 과학실험 툴바의 [분석도구]에서 [선형]을 클릭 한 후 [기준이 되는 데이터]에 거리의 일정 범위를, [분석할 데이터]에 시간의 같은 범위를 지정하고 [분석될 데이터]는 비어있는 오른쪽 공간의 셀을 임의로 지정하고 [확인]을 누른다.

10. 측정된 기울기를 Data table에 기록하라. (이 기울기가 바로 종단속도이다.)

11. 유산지 안에 1/2 크기의 유산지 조각을 1개~4개를 넣어 질량을 변화시키면서 8~10 단계를 반복하라.

12. 펼쳐지지 않은 상태의 새 유산지를 이용하여 8~10 단계를 반복하라Air_Resistance.hwp.

엔탈피(enthalpy)는 일정한 압력을 유지하는 조건 아래 열역학적 계에서 뽑을 수 있는 에너지다. 내부 에너지와, 계가 부피를 차지함으로부터 얻을 수 있는 에너지(부피와 압력의 곱)의 합이다. 대기압이나 수압과 같이 압력에 둘러싸인 계를 다룰 때 쓴다. 기호는 대개 라틴 대문자 H다.

엔탈피는 다음 식으로 주어진다.

여기서,

• : 계의 엔탈피
• : 계의 내부 에너지
• : 계의 압력
• : 계의 부피

위의 엔탈피의 정의는 그 값이 기준을 어떤 점으로 잡느냐에 따라 변하기 때문에 그 자체로 쓰이는 것 보다는 엔탈피의 변화로 어떤 과정을 나타내기 위해 만들어진 개념이다. 즉, 어떠한 과정에서 압력의 변화가 0인 경우엔(ΔP=0), 엔탈피의 변화량은 계가 주변과 주고받은 에너지인 열량을 나타낸다.

ΔH = ΔU +PΔV+VΔP = ΔU +PΔV = δQ

따라서 주변의 압력이 일정하게 유지되는 반응의 전후의 열량의 출입을 나타내는 데에 많이 쓰인다.]

.헤스의 법칙(=총열량 불변의 법칙)

 화학 반응이 일어나는 동안 반응열의 총합은 반응 전·후 물질의 종류와 상태가 같으면 반응 경로에 관계없이 항상 일정하다.

 또는 어떤 반응의 화학반응식을 몇 개의 반응식들의 합으로 나타낼 수 있을 때, 그것의 엔탈피 변화는 각반응의 엔탈피 변화를 합한 것과 같다.

(예)탄소와 산소로부터 이산화탄소가 생성될 때에는 다음과 같이 2가지 경로로 생성될 수 있다.

http://sciphy.tistory.com/14 상태함수.

비열용량(比熱容量, Specific heat capacity) 또는 비열은 단위 질량의 물질 온도를 1도 높이는 데 드는 열에너지를 말한다

반응열.