일반물리학실험 | 후크의 법칙

 

 

 

TIP

 

 

후크의 법칙을 알아보고, 용수철을 이용하여 용수철 상수를 구하여 본다.

 

 

 

후크의 법칙

용수철은 탄성을 가진 강철선을 나선형으로 꼬아서 만든 것으로 그것이 성형된 처음 의 길이에 비하여 훨씬 큰 길이 변화에서도 복원력을 내게 되어 있다. 길이가 변할 때 강철선이 비틀리게 되는데 비교적 길이변화가 크더라도 비틀리는 정도는 선형성 을 유지하는 한계 내에 있어 용수철저울처럼 힘이나 무게의 측정에 쓰인다. 용수철 의 복원력은 평형위치에서 벗어난 길이에 비례한다. 이를 후크의 법칙이라 하고 비례계수를 용수철상수라 한다. 즉, 후크 법칙은 물체에 가해진 하중과 그로 인해 발 생하는 변형량과의 관계를 나타내는 고체역학의 기본법칙으로서 1678년 영국의 R. 훅이 용수철의 늘어남에 대한 실험적 연구를 통해 발견하였다.

 

용수철 상수는 용수 철의 재질이나 형태에 따라 달라지는데 센 용수철 같은 변형시키기 힘든 강한 용수 철은 이 용수철 상수가 큰 값을 갖는다. 즉, 어떤 임의의 물체에 하중이 가해지면 어느 한계에 이르기까지는 변형량이 하중 에 선형적으로 비례한다는 법칙이다. 응력(Stress)이 , 변형률(Strain)이 , 탄성계수 (Elastic Modulus)가 로 표시될 때 후크의 법칙을 수식으로 나타내면 아래와 같다.

 

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실험 방법

1. 용수철 상수 구하기

1) 실험 판에 용수철 저울을 단다. 용수철 저울이 수직으로 걸렸는지와 영점 조절이 되 었는가를 확인하여라.

 

2) 질량 걸이의 질량을 표에 기록하여라.

 

3) 용수철 저울에 질량 걸이와 20g짜리 추를 매달고 늘어난 길이를 측정하여 표에 기록하여라.

 

4) 질량 걸이에 추의 질량을 10g씩 늘여가면서 용수철의 늘어난 길이를 측정하여 기록하여라.

 

5) 임의의 물체(손목시계, 샤프, 기타 등등)를 질량걸이에 걸고 용수철 저울이 늘어간 길이를 측정하고, 위에서 구한 용수철 상수를 이용하여 질량을 계산한 후, 표에 기록한다.

 

 

 

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