물리학실험 - 작은 벨로드롬
1. 실험 목적
벨로드롬(Velodrome)
바닥을 아스팔트나 특수목재로 포장한 트랙을 비탈지게 하여 코너를 돌 때 원심힘을 최대한 이용하도록 한 사이클 전용경기장. 옥외경기장과 옥내경기장이 있다. 벨로드롬을 도는 자전거와 사람에게는 경기장 바깥으로 쏠리는 관성힘이 작용하게 된다. 이러한 힘이 바로 원심힘인데, 벨로드롬의 경우 트랙을 안쪽으로 비탈지도록 설계해서, 빗면에 의한 수직 힘을 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. 실험 개요
물체가 회전할 때의 속도, 각속도, 그리고 주기의 개념을 이해한다.
- 물체의 단위시간당 변위를 속도라고 한다면, 단위시간당 회전한 각도를 각속도라고 한다. 주기는 1바퀴를 도는데 걸린 시간이다. 이들 간의 관계는 어떤 식으로 표시될 수 있겠는가
구심힘과 원심힘에 관한 기본적인 개념을 이해한다.
- 구심힘과 원심힘은 각각 실제로 존재하는 힘인가 구심힘과 원심힘간의 관계는 작용-반작용의 관계일까 아니면 힘의 평형관계일까
회전 속도, 추의 질량을 바꾸어가며 실험하여 추의 회전궤도 반지름 및 회전주기를 측정한다.
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2014.04.18
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