힘과 물체의 평형

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목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리

본문내용

1. 실험 목적
힘을 받는 물체가 평형상태에 있기 위한 조건을 알아보고 힘의 분해 합성 및 회전력의 개념을 이해한다.
2. 실험 원리
물체에 작용하는 외력의 합이 이 되거나 회전력의 합이 일 때 물체는 평형상태에 있다고 한다. 물체의 평형을 논의할 때는 병진과 회전에 관한 평형을 동시에 고려하여야 한다. 따라서 다음과 같은 두가지 조건을 만족해야 한다.
(1) 병진 평형은 물체에 작용하는 모든 힘의 합이 이 되어야 한다. 즉 다음 조건을 만족하여야 한다.
(5.1)
이 식은 물체의 속도가 일정(혹은 )함을 의미한다.
(2) 회전 평형은 임의의 점에 대한 회전력의 합이 이 되어야 한다. 즉 다음 조건을 만족하여야 한다.
(5.2)
이 식은 각운동량이 일정(혹은 )임을 의미한다.
일반적으로 물체의 평형상태를 논의할 때는 위의 두 조건을 모두 만족해야 한다.
힘의 개념을 알기 위한 힘의 측정, 더해진 힘의 합력과 평형력, 힘의 분해에 대한 실험을 한다. 그리고 물체에 나란하게 작용하는 힘에 대한 평형조건에서 회전력을 도입하고 나란하지 않는 힘에 대한 평형조건에서 회전력의 일반적인 정의를 알아본다. 회전축이 질량 중심에 있지 않는 물체의 평형을 이해하기 위해 질량중심의 개념을 도입하고 평형상태에서 물체에 작용하는 모든 힘을 조사함으로써 힘과 회전력 사이의 상호관계를 알아본다.
실험 1. 힘의 측정 - 후크의 법칙(Hooke`s Law)
힘의 개념은 뉴턴의 제 2법칙에 의해 다음과 같이 정의되어진다.
(5.1)
여기서 은 질량이고 는 가속도이다. 이 법칙을 이용하면, 힘은 질량을 알고 있는 물체에 작용하여 일어나는 가속도를 측정함으로써 결정할 수 있다. 좀더 편리한 방법은 가능한 알여진 크기의 힘과 모르는 힘을 비교하는 것이다. 두 힘이 물체에 작용하고 물체가 가속되지 않으면 모르는 힘은 알려진 힘과 크기는 같고 방향은 반대이다.
이 실험에서 용수철 저울의 성질을 조사하기 위해서 계량된 질량을 매달아 용수철에 작용하는 힘을 측정한다. 질량

참고 자료

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