일반물리학실험 | 질점의 평형 - force table 사용

 

 

 

TIP

 

 

힘의 벡터 합성과 분해 그리고 여러 힘의 평형 조건을 실험한다.

 

 

 

실험 배경

물체의 평형상태라 함은 물체가 원래의 상태를 변함없이 계속 유지하고 있는 것을 의미하며, 정지상태, 등속직선 운동상태, 등속회전 운동상태 등의 모든 경우를 뜻한다. 따라서, 여러 힘을 받고 있는 물체가 평형상테에 있으려면 다음과 같은 두 가지 조건이 필요하다.

 

평형상태의 조건은

1)  제 1평형조건 : 선형적인 평형상태, 즉 정지 또는 등속직선 운동상태를 유지하기 유해서는 모든 외력의 합이 0이 되어야 한다, 이를 수식으로 나타내면,

ΣF=0

 

2)  제 2 평형조건 : 회전적인 평형상태, 즉 정지 또는 등속회전 운동상태를 유지하기 위해서는 임의의 축에 관한 모든 힘의 모멘트, 즉 토크의 합이 0이 되어야 한다. 이를 수식으로 나타내면,

Στ=0

이 실험에서는 질점의 평형상태를 다루므로, 제 1 평형조건만 만족하면 된다. 그리고 문제를 간단히 하기 위해서 모든 힘이 한 평면상행서 작용하도록 하였다. 한편, 벡터합을 구하는데는 작도법(또는 도식법)과 해석법이 있다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 합성대 밑에 위치한 조준나사를 가지고 합성대의 수평을 맞추고 도르래가 마찰 없이 가볍게 움직이는지 확인한다.

 

2)  한 추걸이에 100g의 추를 올려 놓고 나머지 두 개의 추걸이에는 100g보다 질량이 작은 추를 적당히 올려 놓고 각을 조절하여 평형 상태를 찾는다.

 

3)  평형 상태는 중앙의 가락지를 흔들어도 자연히 중심에 정지되는가로 확인한 후 실이 지나간 자리의각도와 추의 질량을 기록한다.

 

4)  질량이 다른 추를 사용하여 2) 및 3) 방법으로 반복 실험한다.

 

5)  위에서 얻은 실험치를 가지고 이들의 벡터 그림을 그리고 작도법에 의하여 벡터의 합 R’과 각 φ’을 구한다.

 

6)  또한 삼각 법칙을 사용하여 합력의 크기 R’과 각 φ’를 구한다.

 

 

 

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