[물리학 및 실험1]
작은 벨로드롬
1. Introduction
벨로드롬을 도는 자전거와 사람에게는 경기장 바깥으로 쏠리는 관성힘이 작용하게 된다. 이러한 힘이 바로 원심힘인데, 벨로드롬의 경우 트랙을 안쪽으로 비탈지도록 설계해서, 빗면에 의한 수직힘을 최고로 받게 하여 이 힘에 비례하는 마찰력이 구심힘으로 작용하여 안쪽으로 자전거를 밀어주어서 원심힘과 평형을 이룰 수 있게 하여, 회전하며 달리는 자전거가 바깥쪽으로 미끄러지는 일을 방지하고 있다.
구심힘은 회전하는 물체의 질량에 따라, 그리고 회전하는 각속도에 따라, 회전축으로부터 회전질량 까지의 거리에 따라 그 크기가 달라지게 된다. 이 실험에서는 바깥쪽에 용수철을 장착한 장치에 추를 달아 돌려서 추의 회전에 의한 원심힘이 용수철의 되돌이힘에 의한 구심힘과 평형을 이루는 상태를 찾아내고 이 때의 회전주기, 추의 위치, 용수철의 압축길이를 측정하여 구심힘과 각 수치와의 관계를 확인한다. 빛살문 검출기(photogate detector)로 회전의 주기를 측정하고 궤도반지름과 구심힘 사이의 관계를 알아본다.
2. Theory
①등속 원운동
물체가 원둘레 위를 일정한 속력으로 돌고 있는 운동을 등속 원운동이라 하고 이 때 물체가 반지름 r 인 원둘레를 한 바퀴 도는데 T초 걸렸다면 물체의 속력 v 는 다음과 같다
…①
②각속도
물체가 단위 사간에 회전한 중심각을 각속도라하고 의 기호로 표시하며 단위는 ㎮를 사용한다. 시간 t동안에 각 만큼 회전 하였다면 각속도 는
또 물체는 주기 T 동안에 2 만큼 회전하므로
가 된다.
위 두 식에서 v=r 의 관계가 성립한다
③ 구심 가속도
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2013.07.19
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