힘의 평형

목차

1. 실험 목표
2. 실험 원리
3. 실험 기구 및 장치
4. 실험 방법

본문내용

1. 실험 목표
힘의 개념과 단위를 정의하고, 힘의 합성 장치를 이용하여 몇 개의 힘이 평형이 되는 조건을 이해한다.
2. 실험 원리
어떤 물체가 외부로부터 힘을 받지 않아서 원래의 상태를 계속 유지하고 있을 때, 그 물체는 평형 상태(알짜 힘이 0인 상태)에 있다고 한다. 이러한 경우는 가속도가 0이므로 물체는 정지 상태 또는 등속직선운동 상태에 있다. 힘은 크기와 방향을 가진다. 그 힘의 방향은 가속되는 방향과 같으며 벡터(vector)로 표시할 수 있다. 벡터로 표시하면 힘의 방향을 화살표의 방향으로 나타내고 힘의 크기를 화살표의 길이로 나타내어 다른 힘과의 합성 및 분해가 용이하다. 힘의 합성은 임의의 물체에 여러 개의 힘이 작용할 때 여러 개의 힘이 동시에 작용하여 나타나는 하나의 힘으로 표현하기 위한 것이고, 반면 힘의 분해란 물체에 하나의 힘이 작용하는 것을 여러 개의 힘으로 나누어 표현하기 위한 것이다. 따라서 여러 힘을 받고 있는 물체가 평형 상태에 있으려면 다음과 같은 두 가지 조건이 필요하다.
① 제 1의 평형 조건: 정역학적(정적, 선형적)평형 상태, 정지 또는 등속직선운동 상태를 유지하기 위해서는 모든 외력의 합(벡터의 합)이 0이 되어야 한다.

<중 략>

이번 실험은 벡터의 합성을 통하여 추의 무게에 의해 생기는 장력이 평형을 이루는 것을 관찰하는 것이 목표였다. 이번 실험에서 벡터의 합성을 알아보기 위해서 도식법과 해석법 두 가지 방법이 있었는데 도식법, 즉 벡터의 합성의 원리를 기하학적으로 표현하는 방법을 사용하였다. 이러한 과정에서 오차가 발생하였고 이러한 오차의 원인은 다음과 같다.
실험과정에서나 결과를 작성할 때 오차가 난 이유는 여러 가지가 있다. 첫째, 실의 무게와 탄성력을 무시했다는 점이다. 이번 실험에서 밀도가 일정한 낚싯줄을 사용하였지만, 세 개의 도르래에 장착된 낚싯줄의 길이는 모두 달랐기 때문에 실의 무게를 무시함으로 인해 오차가 생겼을 가능성이 있다. 둘째, 계산의 오차이다. 방안지위에 평행사변형 법을 이용하여 벡터의 합을 구했을 때, 소수점 첫째 자리까지밖에 기재하지 못하여 부정확했다는 점이다. 그리하여 오차가 생기는 것은 당연하다.

참고 자료

건국대학교 물리학과 나노과학기술전공/일반물리학실험/북스힐/2003.03.05/pg 75-80
Young,Freedman/대학물리학/자유아카데미/2009.02.25/pg10-25