일반물리학실험 | 힘의 평형 - 재택 실험

 

 

 

TIP

 

 

물체를 달아 늘어난 고무줄의 길이를 이용하여 고무줄의 장력을 계산하고 힘의 평형이 되는 조건을 이해한다.

 

 

 

물체가 평형 상태에 있으려면 물체에 작용하는 외력의 합과 회전력이 모두 0이 되어야 한다. 이때 물체에 작용하는 모든 힘의 합이 0이 되는 상태를 병진 평형이라 하고 회전력이 0이 되는 경우를 회전 평형이라 한다. 즉, 물체의 평형을 논할려면 다음 두 식이 성립 되어야 한다.

 

 

하지만 이 실험에서는 세 힘의 평형만 생각하므로 병진 평형 조건만 만족하면 된다.

 

본 실험에서 사용하는 고무줄의 경우 탄성이 있으므로 원래의 모양으로 돌아올려는 성질을 갖고 있다. 이때 돌아올려는 복원력의 경우 훅의 법칙으로 설명할 수 있다.

 

F = -kΔx(k는 용수철 상수, Δx는 돌아간 길이)

 

고무줄에 물체를 매달아 팽팽함이 유지되므로 고무줄에는 장력이 존재하게 된다. 이때 장력은 물체를 당기는 힘이므로

 

T = m’g ---- (3)

 

 

의 공식을 통해 계산 할 수있다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 같은 종류의 고무줄 2개의 한쪽을 잘라 일자로 만들어준다.

 

2) 고무줄 2개를 잇기 위해 양끝을 묶어 준다.

 

3) 고무줄 각각을 약간의 거리(9㎝)를 두고 옷걸이게 고정시킨다.

 

4) 두 고무줄이 이어진 부분에 실을 연결한다.

 

5) 물체를 매달기 전 고무줄 2개의 길이를 미리 측정한다.

 

6) 실의 끝에 동전 7개를 매달고 늘어난 고무줄의 길이를 측정한다.

 

7) 고무줄이 늘어난 길이와 옷걸이와 실, 고무줄 매듭 사이의 길이를 측정한다.

 

8) 고무줄이 늘어난 길이를 구하여 고무줄의 장력을 계산한다.

 

9) 삼각비를 이용하여(tan^-1) y축과 고무줄 사이의 각을 구한다.

 

10) 측정 물체를 바꾼 뒤 위의 과정을 반복한다.

 

 

 

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