[일반물리학 실험] 마찰계수 측정
1. 실험 목표
마찰력의 종류를 알고 마찰력의 크기를 다르게 하는 원인을 분석하고, 마찰계수를 구할 수 있다.
2. 실험 원리
한 물체가 다른 물체와 접촉하여 상대적인 운동을 하려고 할 때, 또는 상대적인 운동을 할 때, 그 접촉면의 접선방향으로 운동을 방해하는 힘을 마찰력이라 한다.
마찰력은 물체가 정비해 있거나 움직이고 있는 경우에 따라서 정지 마찰력과 운동 마찰력으로 구분한다. 그림 1.11.1은 물체에 작용하는 힘과 운동 상태를 나타내었다. 마루에 있는 무거운 상자를 밀 때, 어떤 한도의 힘에 이르기까지는 상자가 움직이지 않는다. 일단 상자가 움직이기 시작하면, 처음 상자를 출발시킬 때 필요했던 힘보다 더 작은 힘으로 상자를 움직이게 할 수 있다. 즉 그림 1.11.1에서와 같이 점차로 작용하는 힘은 증가하여 한 정점을 이루고 운동시에는 그 힘이 작아졌다. 그러한 정점을 최대정지 마찰력이라 하고 그 이후에는 운동마찰력이 작용함을 보여준다. 마찰력의 크기는 접촉면의 크기(면적)에는 무관하고 접촉면의 상태(재질, 거칠기 등)에 따라 달라지며, 또한 접촉면에 수직한 수직항력(법선력) 에 비례한다. 그림 1.11.1과 같이 물체에 힘 를 작용하여 바닥에 대한 속도 v의 상대운동을 시키는 경우 정지 마찰력의 크기 는
이 때, 는 정지마찰계수이며, 등호는 가 최대정지마찰력일 때만 성립한다. 떠한 운동마찰력의 크기 는
로 주어지고, 운동마찰계수 는 보통 정지마찰계수 보다 작다.
3. 실험 기구 및 장치
① 마찰계수 측정 장치
② 물체(각기 다른 면)
③ 추걸이와 추
4. 실험방법
1) 수평면상에서의 마찰계수
마찰계수를 측정하는 구역은 수평면인 접촉면상에서 물체가 운동을 시작할 때, 또는 운동학 있을 때의 힘을 측정하여 마찰계수를 구한다.
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2013.12.10
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