Air Track을 이용한 가속도 측정
(Newton의 제 2법칙)
실험 목적
마찰이 없는 수평 미끄럼판에서 운동하는 물체의 여러 가지 역학적 현상을 관찰한다.
실험 원리
물체의 관심을 거슬러 정지해 있는 물체에 속도를 주거나, 운동하고 있는 물체의 속도나 방향을 바꾸려면 그 물체에 힘을 가하지 않으면 안된다는 것을 알았다. 여기서 힘과 가속도와의 관계를 역학 수레의 직선 운동이나 원운동, 그 밖의 운동에 대하여 힘과 질량을 달리해서 생기는 가속도를 알아보면,
[물체에 힘이 작용하면 힘의 방향으로 가속도가 생기고, 가속도의 크기는 물체에 작용하는 힘의 크기에 비례하며, 물체의 질량에 반비례한다.]
는 것을 알 수 있다. 이것을 운동의 제 2법칙 또는 뉴턴의 운동 법칙이라 한다.
물체의 질량 m, 물체에 작용하는 힘을 F, 생기는 가속도를 a라고 하면,
로 나타낼 수 있다. 여기서 k는 비례 상수이며, 단위에 따라 그 값이 정해진다.
힘의 단위
힘의 단위로서 지금까지 kg중이나 g중 등을 사용해 왔다. 여기서는 (1)식의 비례상수 k가 1이 되도록 새로운 힘의 단위를 도입해 보자.
질량 1kg인 물체에 1m/s2의 가속도를 생기게 하는 힘의 크기를 1뉴턴이라 하고, 1N이라고 쓴다.
1[N] = 1[kg] × 1[m/s2]
1N을 이렇게 정하면 질량 2kg인 물체에 1m/s2의 가속도를 생기게 하려면 2N의 힘이 필요하고, 질량 2kg인 물체에 3m/s2의 가속도를 생기게 하려면 6N의 힘이 필요하다.
일반적으로, 질량 m[kg]인 물체에 작용하여 a[m/s2]의 가속도를 생기게 하는데 필요한 힘을 F[N]이라고 하면, F = ma이다. 이것을 운동방정식이다.
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2012.04.12
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