[일반물리학 실험] 힘과 가속도
실험 목적
Newton 제 2법칙으로부터 힘과 가속도의 관계를 구하고 힘과 가속도가 벡터량임을 이해한다.
실험 원리
한 입자의 운동량의 변화는 다른 입자와의 상호작용은 힘이라는 개념으로 나타낸다.
※ Newton의 제 2법칙
F = (한 입자의 운동량의 시간 변화율은 입자에 가해진 힘과 같다)
F = (운동량의 정의)
F = m = ma(질량이 일정)
힘 F가 일정할 경우 가속도 a = 또한 일정하고 가속도의 방향은 힘의 방향과 같은 방향이다.
힘과 가속도 실험에서는 일차원 등가속도 직선운동에 대해 실험한다. x방향에 대해 물리량의 크기만 고려하면 초기시간이 t0이고 초기속도가 v0인 경우
v = v0 + ax(t - t0)
x = x0 + v0(t - t0) + ax(t - t0)2
v2 - v02 = 2ax(x - x0)
만일 힘 F가 운동방향(x축방향)에 대해 만큼 다른 방향으로 작용하면 힘과 가속도의 x축 성분(크키)은
Fx = │F│cos = Fcos
ax = Fx/m = Fcos/m = a cos
따라서 가속도 x축 성분은
ax = a cos =
로 나타낸다.
실험 기구 및 재료
트랙, 팬(Fan)이 달린 자동차, 포토케이트 계시기, 수평계
실험 방법
a. Newton 제 2법칙
(1) 위 그림과 같이 장치를 구성, 수평계를 사용하여 트랙의 수평정 도를 확인하고 조절나사를 이용 수평을 맞춘다.
(2) 포토게이트 계시기 mode를 gate mode로 선택한 후, 계시기 사이 의 거리를 적당하게 설정, 두 계시기의 위치 x0와 x를 잰다.
(3) Fan이 달린 자동차의 질량을 측정 기록.
(4) 임의의 지점에서 차를 출발시켜 차의 부착된 측정용 막대가 x0와 x를 지날 때 포토게이트 계시지에 측정된 시간간격 t0와 t를 측정 기록.
(5) 위의 실험을 5회 반복한다.
(6) Fan이 달린 차량의 질량을 30g씩 증가시키면서 (3)～(5)를 반복.
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2015.01.27
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