일반물리학실험 | 힘과 가속도

 

 

 

TIP

 

 

일정한 크기의 중력을 수레에 가하면서 시간에 대한 수레의 속도 변화를 측정하여 등가속도 운동을 이해하고 힘의 크기와 수레의 가속도 및 질량의 관계를 구하여 Newton의 제2법칙을 이해한다.

 

 

 

한 입자의 운동량의 변화는 다른 입자와의 상호 작용에서 기인하는데, 이 상호 작용은 힘이라는 개념으로 나타낸다.

 

 

Newton의 제2법칙으로부터 힘 F는 위 식과 같이 나타내고 이 식은 “한 입자의 운동량의 시간 변화율은 입자에 가해진 힘과 같다”라는 것을 나타낸다.

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실험 방법

실험 1. 일정한 힘에 의한 수레의 운동

1) 수평조절나사를 돌려 수평을 맞추고 수레가 스스로 굴러가지 않음을 확인한다. 트랙 위의 눈금자가 실험자에 가까운 쪽을 향하도록 트랙의 방향을 정한다.

 

2) 수레와 추걸이의 질량을 측정한다.

 

3) 추걸이를 설치하고 수레를 최대한 당겼을 때 추걸이가 도르레에 닿지 않도록 멈춤 장치 1의 위치를 정하여 고정한다. 그리고 추걸이가 바닥에 닿기 전에 수레가 멈출 수 있도록 멈춤 장치 2의 위치와 실의 길이를 조정한다.

 

4) 수레에 부착된 측정 테이프를 잘 인식하도록 두 포토게이트의 높이를 조정한다.

 

5) 측정 테이프의 폭 △l 을 측정한다.

 

6) 수레 중심이 멈춤 장치 1로부터 약 15～20㎝ 떨어진 위치를 수에의 출발 위치 로 정한다.

 

7) x_s로부터 10㎝ 오른쪽으로 떨어진 위치에 포토게이트 1을 설치한다(x₀). 그리고 포토게이트 2는 포토게이트 1과 10㎝ 떨어지도록 위치시킨다(x).

 

8) 추걸이에 10g의 추를 단다.

 

9) 포토게이트 계시기의 측정 모드를 GATE로 선택한다, 수레의 중심을 에 위치시킨 후 손을 놓아 출발시켜 수레의 측정 테이프가 두 포토게이트를 각각 지나는 시간 간격 를 측정한다.

 

10) 측정 테이프의 폭 △l 을 시간간격 △t₀와 △t 로 나누어 속도 와 v를 각각 구하고, v-v₀ 를 계산한다.

 

11) 포토게이트 2의 위치를 10㎝씩 오른쪽으로 이동시키면서 과정9～10을 반복한다.

 

12) 두 포토게이트 사이의 거리 x-x₀에 대한 1/2(v²-v₀²)의 그래프를 그리고, 기울기로부터 가속도를 구한다.

 

실험 2. 힘의 크기 변화에 대한 물체의 가속도 측정

1) 추걸이를 단다.

 

2) 임의의 지점에 포토게이트 1과 포트게이트 2를 설치하고 두 포토게이트의 위치 를 측정한다.

 

3) 포토게이트 계시기의 측정 모드를 GATE로 선택한다. 에서 차를 출발시켜 포토게이트 계시기에 측정된 시간 간격 △t₀와 △t 기록한다.

 

4) 측정 테이프의 폭 △l 을 시간 간격 △t₀와 △t 로 나누어 속도 v₀와 v를 각각 구하고 가속도를 계산한다.

 

5) 추의 질량을 5g씩 증가시키면서 과정 1～4를 반복한다

 

6) 추와 추걸이에 의한 힘(W=mg)과 수레의 가속도와의 관계 그래프를 그린다.

 

실험 3. 물체의 질량 변화에 대한 가속도 측정

1) 추걸이에 10g의 추를 단다.

 

2) 임의의 지점에 포토게이트 1과 포토게이트 2를 설치하고 두 포토게이트의 위치 x₀와 x를 측정한다.

 

3) 포토게이트 계시기의 측정 모드를 GATE로 선택한다. 에서 차를 출발시켜 포토게이트 계시기에 측정된 시간 간격 △t₀와 △t 를 기록한다.

 

4) 측정 테이프의 폭 △l을 시간 간격 △t₀와 △t  로 나누어 속도 v₀와 v를 각각 구하고 가속도를 계산한다.

 

5) 수레용 추 1개의 질량을 측정한 후 수레에 올리고 과정 1～4를 반복한다.

 

6) 또 다른 수레용 추 1개의 질량을 측정한 후 수레에 더하고 과정 1～5를 반복한다.

 

7) 수레와 수레용 추를 합한 질량의 역수(1/M) 와 수레의 가속도와의 관계 그래프를 그린다.

 

 

 

[일반물리학실험] 힘과 가속도 레포트