힘과 가속도 실험 결과보고서
1.실험목적
일정한 크기의 중력은 수레에 가하면서 시간에 대한 수레의 속도 변화를 측정하여 등가속도 운동을 이해하고 힘의 크기와 수레의 가속도 및 질량의 관계를 구하여 Newton의 제2법칙을 이해한다.
2.실험 원리
한 입자의 운동량의 변화는 다른 입자와의 상호 작용에서 기인하는데, 이 상호 작용은 힘이라는 개념으로 나타낸다. Newton의 제2법칙으로부터 힘 F는
F= dp/dt (식5.1)
로 나타내고 이 관계식은 한 입자의 운동량의 시간 변화율은 “입자에 가해진 힘과 같다” 라는 것을 나타낸다. 운동량의 정의로부터 식 (5.1)은
F=m×d(mv)/dt (식5.2)
로 쓸 수 있고, 질량이 일정한 경우에는
F=m×dv/dt(식5.3)
혹은
F=ma(식5.4)
가 된다.
(식5.4)에서 힘이 일정하면 가속도(a=F/m) 또한 일정하고 가속도의 방향은 힘의 방향과 같은 방향임을 알 수 있다.
x방향의 일차원 등가속도 직선 운동인 경우 초기 시간이 t₀ 이고 초기 속도를 v₀ 라고 하면
v=v₀+aｘ(t-t₀) (5.5)
X=X₀+V₀(t-t₀)+1/2aｘ(t-t₀)² (5.6)
이다. 식 (5.5), (5.6)에서 t-t₀를 소거하면
V²-V₀²=2aｘ(x-x₀) (5.7)
라는 유용한 관계식을 얻을 수 있다.
3.실험 기구 및 재료
트랙, 수레, 포토게이트 계시기, 수평계, 추세트, 추걸이
4.실험 방법
실험1.
①추와 추길이는 제외하고 힘과 가속도 실험 장치를 설치한다. 수평조절나사를 돌려 수평을 맞추고 수레가 스스로 굴러가지 않음을 확인한다. 트랙 위의 눈금자가 실험자에 가까운 쪽을 향하도록 트랙의 방향을 정한다.
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2016.05.13
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