[일반물리학실험] 힘의 평형
1. 실험제목
힘의 평형
2. 실험날짜
3. 실험목적
힘의 벡터 합성과 분해 그리고 여러 힘의 평형조건을 실험한다.
4. 실험원리
물체의 평형상태라 함은 물체가 원래 상태를 변함없이 계속 유지하고 있는 것을 의미하며, 정지 상태, 등속직선 운동 상태, 등속회전 운동 상태 등의 모든 경우를 뜻한다. 따라서 여러 힘을 받고 있는 물체가 평형상태에 있으려면 다음과 같은 두 가지 조건이 필요하다.
⑴ 제 1 평형조건: 선형적이 평형상태, 즉 정지 또는 등속직선 운동 상태를 유지하기 위해서는 모든 외력의 합이 0이 되어야 한다. 이를 수식으로 나타내면,
⑴
⑵ 제 2 평형조건: 회전적인 평형상태, 즉 정지 또는 등속회전 운동 상태를 유지하기 위해서는 임의의 축에 관한 모든 힘의 모멘트 즉 토크의 합이 0이 되어야 한다. 이를 수식으로 나타내면,
⑵
이 실험에서는 질점의 평형상태를 다루므로, 제 1평형조건만 만족하면 된다. 그리고 문제를 간단히 하기 위해서 모든 힘이 한 평면상에서 작용하도록 하였다. 한편, 벡터 합을 구하는 데는 도식법(또는 작도법)과 해석법이 있다.
⑴ 도식법에 의한 벡터합성
[그림3-1]과 같은 OA와 OB의 합을 구해보자. 이들의 벡터 합 또는 합력 R은 [그림3-2]와 같이 두 벡터를 한 쌍의 변으로 하는 평행사변형을 그려서 두 벡터가 만나는 점으로부터 평행사변형의 대각선을 그림으로써 구한다. 이 대각선 벡터 R은 두 벡터의 합으로서 합력의 크기와 방향을 나타낸다.
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2015.02.06
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