일반물리학실험 | 정지마찰력과 운동마찰력

 

 

 

TIP

 

 

두 물체의 표면 사이에 작용하는 운동마찰계수와 정지마찰계수의 측정방법을 익힌다.

 

 

 

이 실험의 목적은 상태가 다른 표면에서의 정지마찰력과 운동마찰력의 계수를 찾아보는 것이다. 힘 센서는 교과서에서 보았던 마찰력 그래프를 우리에게 보여줄 것이다.

 

수평 한 표면에 놓여진 정지한 물체를 상상해보자. 이 물체는 외력을 가하지 않는 한 움직이지 않을 것이다. 우리가 이 물체를 움직이기 위해서는 어느 일정 이상의 힘을 작용을 해야 한다. 만약 우리가 F₀라는 힘을 작용했을 때 그 물체가 움직이지 않는다면 우리는 다음과 같이 정지마찰계수를 구할 수 있다.

 

F_N은 수직항력이고 μ₀은 정지마찰계수이다. 우리가 최대정지마찰계수를 구하려 한다면 F₀를 작용하였을 때 물체가 움직이기 직전까지의 힘을 구해야 할 것이다. 일정 이상의 힘(F_k)을 작용 후 물체가 움직이기 시작한다면 그 이후에 작용하는 마찰력은 운동마찰력이다. 운동마찰력의 마찰계수를 구하기 위해서는 F_N은 수직항력이고 μ₀은 운동마찰계수이다. 실험 시 다음 세가지 변수가 주어질 수 있다.

 

1) 수직항력 : 마찰 블록과 경사면 사이에 작용하는 수직 방향 힘을 조정하기 위하여 마찰블록 위에 무게가 W인 질량을 올려놓을 수 있다.

 

2) 접촉면의 재질 : 마찰블록에 붙어있는 사포(sandpaper)의 거칠기에 따라 비교 실험이 가능하다.

 

3) 접촉면적(A, B, C) : 경사면과 접촉하고 있는 마찰 블록의 A, B, C면을 이용하여 접촉면적을 조정할 수 있다

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실험 방법

1. 실험 과정

1) [그림 1]과 같이 실험 셋팅을 한다.

 

 

2) 수레와 실과 마찰블록이 일직선이 되도록 유의한다.

 

3) 마찰블록 위에 가장 큰 추를 올려놓는다. - 비어있는 마찰블록은 정지마찰력을 측정하기에 적합하지 않다.

 

4) 힘 센서의 옆에 있는 단추[그림2]를 눌러 영점(zero)조절을 한다.

 

 

5) 데이터 스튜디오 프로그램을 실행[그림3]하여 힘 센서를 설정하도록 하자.

 

 

6) sensor properties에서 calibration 탭을 눌러 ‘High Point’와 ‘Low Point’의 value의 부호를 바꾸어준다. 즉, ‘High Point’의 50.00을 -50.00으로 바꾸어 주고 ‘Low Point’의 -50.00을 50.00으로 바꾸어준다. [그림4]

 

 

7) start 버튼을 누른 후 천천히 힘을 증가시키며 수레를 잡아당기도록 하자.다음과 같은 데이터[그림5]를 얻을 수 있을 것이다.

 

 

8) 변수 조건을 바꾸어가며 실험을 해보자.

 

9) 주의 : 매 실험마다 영점(zero)조절을 해주어야 한다.

 

 

 

 

[일반물리학실험]정지마찰력과 운동마찰력 레포트