일반물리학실험 | 토크의 합성과 분해

 

 

 

 

 

TIP

 

 

물체가 역학적 평형을 유지할 때 물체가 받는 토크의 합이 0이 되어야 함을 확인하고 물체의 평형 조건을 이해한다.

 

 

 

토크 [torque] (=돌림힘)

물체에 가해진 합력이 0이 아니면 물체는 가속도를 얻어 속도가 바뀐다. 이와 마찬가지로 어떤 중심축에 대해 물체에 토크가 가해지면 그 축을 중심으로 물체의 회전상태, 각 운동량이 바뀐다. 비틀림모멘트라고도 하며, 단위는 N·m(뉴턴미터) 또는 ㎏f·m(킬로그램힘미터 또는 킬로그램중미터)를 사용한다. 중심축이 고정되어 있고 축과 거리가 떨어진 곳에 힘이 작용할 때, 작용하는 힘이 중심축을 향하는 방향이 아니면 토크가 생긴다. 그림에서 반지름 r인 원형단면을 가지는 회전체가 축 'O～O'로 받쳐져 있는 경우, 원주의 접선방향으로 힘 F가 작용하고 있다면 회전체는 r F의 토크를 받아 회전운동을 한다.

 

 

 

실험 방법

1. 두 토크의 평형

1) 평형막대를 피봇에 끼워 조심스럽게 수평이 되도록 방향을 잡는다.

2) 용수철 저울과 추를 써서 아래 그림처럼 힘 F₁과 F₂를 막대에 가한다.

 

 

3) 피봇의 중심축으로부터 힘이 작용하는 두 점까지의 거리 d₁과 d₂를 잰다.

 

4) 추의 질량 M₂와 힘 F₂의 크기를 기록하고, F₂의 중심축에 대한 토크를 계산한다. 도르래를 움직이면 F₁의 각도를 변화시키면서 막대가 수평 위치에서 평형을 이루도록 하고 이때의 용수철 저울의 눈금을 읽는다.

 

5) 결과에 따른 토크를 계산하고 τ₁과 τ₂의 상대적인 차이를 구한다. 토크를 더할 때는 시계 방향의 토크는 부호를 +로, 반시계 방향의 토크는 –로 하여 계산 한다.

 

2. 세 개의 토크의 평형

1) 아래 그림과 같이 도르래와 추를 써서 토크 바퀴에 3개의 토크를 가한다.

 

2) 토크 바퀴에 작용하는 세 힘 각각에 대해 토크 바퀴의 중심으로부터 힘의 작용까지의 거리 를 재어 결과표에 기록하고 각각의 토크와 이들의 합을 셈한다.

 

3) 위의 실험을 각도와 힘을 바꿔가며 3회 되풀이한다.

 

 

 

 

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