1. 개요
일반물리학 수준의 물리의 전반적인 분야에 대해 실험을 하는 과목으로, 거의 모든 대학교 이공계열 학과에 개설된 교양과목이다.[1] 대학교 마다 편차가 있고, 또 해당 과목을 담당하는 조교[2]마다 또 다를 수 있지만 대개 물리학실험은 상당히 강도가 높다. 보고서에 요구되는 정교성과 완결성도 상당히 수준 높은 경우가 많아 보고서 하나를 완성하는데 한나절이라는 시간도 부족한 경우가 부지기수이다.물리학실험에서 다루는 내용 그 자체는 이미 수백 년 전에 다 밝혀진 것들이라고 해도, 물리학실험 과목의 중요한 의의 중 하나는 실험 데이터를 분석하고 보고서를 체계적으로, academic하게 작성하는 능력을 기르는 것이다. 실제로 많은 경우 보고서 표절이 적발되면 해당 점수 0점이면 다행이고 F를 받더라도 전혀 이상하지 않은 경우가 많다. 뿐만 아니라 실험 데이터를 분석하고 오차 요인들을 생각해보면서 단순히 책에서만 배웠던 물리에서 벗어나 실제 연구 현장에서 fact를 어떻게 다루는 지에 대해 입문하는 중요한 과목이라고 할 수 있다.
2. 실험 일람
본 실험 일람은 2022년 기준 서울대학교에서 개설된 물리학실험 과목을 기준으로 서술한다. 단학기 강좌가 아닌 통년 강좌 기준이다.2.1. 물리학실험1
일반물리학의 전반부에 해당하는 뉴턴 역학, 진동, 파동에 대해 실험한다.2.1.1. 뉴턴의 사과 및 포물선 운동
자유 낙하 운동에 대해 실험적으로 검증한다. 역학의 입문이라고 할 수 있는 F=ma를 중력의 관점에서 처음으로 실험적으로 규명해보는 것이며, 당연히 실제 실험 데이터는2.1.2. 당구의 역학
운동량 보존의 법칙에 관한 실험이다.다만 표제와 같이 당구장에서 실제 실험을 하기는 상황이 녹록지 않은데,
- 당구장은 거의 저녁에 문을 열기에 저녁에 시간을 낼 수 없다면 실험이 어렵다.
- 당구장 입장료가 꽤 비싸다. 보통 인당 몇만원 수준이다.
- 설령 들어왔다고 해도 실험 중에 느낄 수 있는 당구장 주인&손님의 따스한 눈길(...).
- '실험'으로서 가장 큰 문제로, 당구 실력이 크나큰 변인이 된다.(…)
이런지라 보통은 알까기용 돌이나 아이스하키용 퍽 같은 적당한 강체를 잡아 실험하는 경우가 대다수이다. 물론 여건만 된다면 학교 실험실에 당구대와 당구공, 당구채를 들여올 수 있겠지만 값이 꽤 나가는데다 그게 수십 개가 필요해서 어지간한 대학들은 엄두도 못 낸다.
2.1.3. 시지프스의 고민
역학적 에너지의 보존에 관련된 실험이다. 구슬을 일종의 롤러코스터 모양의 트랙에서 운동하게끔 하고 원형 트랙의 꼭대기에서는 어떻게 운동하는가, 낙하하는 동안의 마찰에 의한 에너지 손실은 얼마나 되는가 등에 대해 탐구한다. 주의해야 할 것은 다루어야 할 엑셀 데이터가 끔찍하게 많다는 것이므로 엑셀을 평소에 잘 다루지 못했다면 조금 고될 수도 있다.2.1.4. 관성 모멘트 측정
원이나 사각판 등 다양한 형태의 모양에 대해 관성 모멘트를 측정하여 이론값과 합치하는지 검증한다. 평행축 정리 등도 본 실험을 통해 검증되고 확인될 수 있다. 관성 모멘트 측정을 위해 추를 낙하시키고 원판의 회전 속도를 측정하는 방식으로 진행하는데, 도르래의 관성 모멘트는 무시하고 진행하기 때문에 이와 같은 것들이 오차 요인이 될 수 있다.2.1.5. 자이로스코프
토크와 각운동량 사이의 관계[3]를 이해하고 자이로스코프의 운동을 관찰해보는 실험이다.자이로스코프는 앞선 실험들과는 달리 동영상들을 통해 직접 분석할 순 없고 자이로스코프에 달린 센서를 이용해야 한다. 덕분에 트래커 등 영상분석프로그램을 사용하지 않아도 된다.
2.1.6. 용수철 흔들이의 운동
용수철과 실의 단진자 운동을 관측해보는 실험이다.2.1.7. 에너지 모습
2.1.8. 파동
2.2. 물리학실험2
일반물리학의 후반부에 해당하는 전자기학, 광학 등에 대해 실험한다. 대체로 물리학실험1보다 실험 과정이 더 복잡하고 독특한 경향이 있다.3. 측정 장비
물리학실험에서 아주 중요한 것 하나를 꼽자면 바로 측정 기구일 것이다. 예를 들어 서울대학교에서는 tracker라는 프로그램을 사용했는데, 미리 카메라로 운동하고 있는 물체(구슬 등)를 촬영한 후 이 프로그램이 구슬을 알아서 포착한 후 운동을 추적해 시간-위치 데이터 등을 생성해주는 프로그램이다. 측정 기구의 종류는 대학교마다 무궁무진하다고 할 수 있는데, 어떤 곳에서는 약간 다른 방식인 Pasco 센서를 활용하였다. Pasco는 광도 센서, 압력 센서 등 아주 많은 종류의 센서를 포함하고 있어 각각의 실험마다 센서에서 적절한 데이터를 얻어올 수 있다. 그리고 센서에서 받은 데이터를 Pasco interface라는 컴퓨터 프로그램을 이용해 분석한다.4. 기타
물리학실험도 담당교수에 따라 중간고사나 기말고사를 보는 경우도 있으나 일반물리학 이론강의를 잘 들었다면 별 문제없이 풀 수 있는 문제들이고 실험과목이기 때문에 비중이 낮으며 어느 교수든 보고서 평가를 가장 많이 반영한다.서울대학교 기준으로 물리학실험 과목은 서울대의 적폐 과목들 중 탑이라는 것으로 악명이 높다. 실수로 결석을 한 번만 하면 아무리 보고서 점수가 만점이어도 최대 D+밖에 받지 못하며, 두 번째 결석하는 순간 F가 확정된다. 1학점인데도 불구하고 시간과 노력은 3학점 수업에 비해 몇 배 이상씩 들어가며, 보고서를 아무리 열심히 써 봤자 노력 대비 점수가 잘 나오지도 않는다. 그래서 물리학실험에 얼마나 노력을 쏟아야 할지 잘 감이 안 오는 실험 초반기 때는 밤을 새는 것도 부지기수다. 너무 힘들어서 보고서 한 개 정도는 대충 서론만 쓰고 내고 싶어도, 본론의 데이터 분석이 들어가있지 않으면 결석으로 보고 바로 학점이 최대 D+로 확정된다. 또, 물리학 본 수업과 물리학실험 내용이 서로 잘 연계되는 것도 아니어서, 물리학 수업에서 아직 배우지도 않은 부분을 물리학실험에서 보고서를 써야 하는 경우도 존재한다. 결국 2021년 1학기 기준 물리학실험 수강생 중 전체의 30~50%가 드랍하는 현상이 발생하기도 했다. 하지만 물리천문학부 관계자는 학생들이 물리학실험을 드랍하는 이유에 대해서는 관심이 없는지, 물리학실험 과목을 개선할 생각은 하지 않고 더이상 계절학기에 물리학실험 과목을 열지 않을 테니 드랍하지 말라는 무언의 협박만 할 뿐이었다. 그러나 2022년 1학기부터 Pass/Fail 방식의 절대평가로 전환되었고, 2학기부터 실험 보고서의 수가 절반으로 줄어들었다!