힘의 평형실험(재택)

소개

"힘의 평형실험(재택)"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 측정값
6. 실험 결과
7. 결과에 대한 논의
8. 결론

본문내용

실험 목적
고무줄, 실, 추를 이용해서 힘의 합성대를 만들어 보고 각각의 힘의 크기와 각 힘과의 사이각를 측정한다. x방향의 알짜힘과 y방향의 알짜힘을 계산 해봄으로써 역학적 평형상태일 때 알짜힘이 0N임을 확인할 수 있다.

실험 원리
힘의 평형이란 어떤 물체에 여러 가지 힘이 작용하고 있을 때, 이 모든 힘을 합한 합력이 0이 되어 운동 상태가 변하지 않고 평형을 이루는 것을 의미한다. 합력이 0이기 때문에 뉴턴의 운동 제2법칙에 의해 가속도=0이므로 운동 상태가 변하지 않는다. 즉 정지해 있는 물체는 계속 정지하고, 운동하는 물체는 속력이 변하지 않는다.1) 참고로 뉴턴의 법칙들은 벡터 방정식이므로 모든 x성분의 합과 모든 y성분의 합이 동시에 0이여야 한다. 실제 상황에서는 3차원 공간에서 기술되는 힘들을 가져서 z성분에 대한 힘의 합력이 0임을 고려해줘야 한다.2)

실험 기구 및 재료
고무줄, 추, 줄, 지지대, 카메라, 각도 측정 프로그램, 자, 테이프와 클립(고무줄을 고정하기 위한 용도)

실험 방법
1.고무줄과 지지대를 연결하여 힘의 합성대를 만든다.
2.고무줄이 늘어나기 전, 고무줄의 길이를 측정한다.
3.질량 12.5g인 추 8개로 100g인 추를 만들어서 늘어난 고무줄의 길이를 측정하고 각도를 구하기 위해 사진을 찍고 프로그램을 이용해 구함.
4.질량 12.5g인 추 13개로 162.5g인 추를 만들어서 늘어난 고무줄의 길이를 측정하고 각도를 구하기 위해 사진을 찍고 프로그램을 이용해 구함.
5.4주차 과제에서 도출한 최소제곱법을 이용하여 고무줄의 장력을 구한다.
6.두 고무줄의 장력의 합과 추에 대한 중력(추의 무게)을 비교해봄으로써 역학적 평형이 이뤄졌을 때 알짜힘이 0임을 알 수 있다.

< 중 략 >

실험 결과
제 4주차 과제에서 최소제곱법을 통해 구햇던 추의 무게와 늘어난 길이에 대한 관계식은 y= -0.138+0.218x (y=늘어난 길이(단위는 cm), x=추의 무게(단위는 g))이다.

참고자료

· 사이언스올https://www.scienceall.com/%ED%9E%98%EC%9D%98-%ED%8F%89%ED%98%95equilibrium-of-force/?doing_wp_cron=1588061598.0604228973388671875000
· 대학물리학, 4판, Randall D. Knight, 청문각, 2020