후크의 법칙을 이용한 힘의 크기 측정(결과보고서)A+

소개글

후크의 법칙을 이용한 힘의 크기 측정 결과보고서

목차

1. 측정 및 분석결과
2. 논의 및 결론
3. 질문

본문내용

2. 논의 및 결론

위 실험 방법은 이렇다. 먼저 용수철 저울을 실험보드에 고정 시키고 영점을 맞춘 후 질량을 50g씩 늘려가면서 각각의 경우에 용수철이 늘어난 길이를 측정하고 이로부터 후크의 법칙이 성립여부를 확인하는 것이다. 여기서 후크의 법칙이란, 물체에 가해진 하중과 그로 인해 발생하는 변형량과의 관계를 나타내는 법칙으로 어떤 임의의 물체에 하중이 가해지면 어느 한계에 이르기까지는 변형량이 하중에 선형적으로 비례한다는 법칙이다.간단히 수식으로 나타내면 다음과 같다.

위 식에서 는 물체에 가해진 총 힘을 뜻하고, k는 스프링 상수, x는 스프링이 늘어난 길이를 뜻한다. 또한 위 식에서 x의 부호가 + 일 때 용수철은 대상에 당기는 힘을 발휘하며, 용수철을 압축 시켰을 때는 그 반대가 되는 것을 나타낸다.
용수철 저울에 임의의 질량 m의 물체가 매달려 평형상태에 있는 경우를 생각해보자. 평형상태에서 물체에 작용하는 전체 힘은 ‘0’이 되므로 이 물체 위에 작용하는 무게 W=mg와 용수철의 힘 는 크기는 서로 같고 방향은 반대임을 알 수 있다.
여기서 각각의 추의 질량을 알고 뉴턴의 중력 법칙(W=mg)를 알고 있으므로 중력 가속도(g)을 곱하면 W를 구할 수 있다. 이 말은 즉 후크의 법칙에서 성립하므로 식으로 표현하면 다음과 같다.

위 식으로 우리는 물체에 가해진 힘을 알고 질량을 알고 있으므로 스프링 상수 k값을 쉽게 구해 낼 수 있다.
이번 실험에서 질량을 처음 25g에서 50g씩 늘려가면서 총 7번의 실험을 거듭했다. 질량이 늘어남에 따라 각각의 변위와 무게를 구해 우리는 스프링 상수 k=0.448N/cm을 구해냈다.

참고 자료

일반물리학실험