일반물리학 실험 - 뉴턴의 제2 법칙

일반물리학 실험 - 뉴턴의 제2 법칙

1. 목적
질량이 일정할 때에 힘과 가속도의 관계, 힘이 일정 할 때 질량과 가속도의 관계를 실험을 통하여 알아보고 물체의 가속도 운동이 뉴턴의 제 2법칙을 만족함을 실험을 통해 증명할 수 있다.

2. 이론
1) Newton의 제 2법칙
Newton의 제 2법칙: 물체에 작용한 알짜힘은 물체의 질량과 가속도의 곱과 같다.
(식 1) (Newton의 제 2법칙)
이 방정식은 단순하지만 사용할 때 주의하여야 한다. 첫째로 어떠한 물체에 이 식을 적용할 것인가에 대한 확신이 있어야 한다. 그 다음에는 이 반드시 물체에 작용한 모든 힘들의 합이어야 한다. 실제로 물체에 작용한 힘들만을 벡터합에 포함해야지 다른 물체에 작용하는 힘들을 벡터합에 포함시켜서는 안 된다.
다른 벡터 방정식들과 마찬가지로 (식 1) 역시 xyz 좌표계의 세 성분으로 다음과 같이 쓸 수 있다.
(식 2)
위의 방정식들은 각각 주어진 축의 방향에 따라서 알짜힘의 성분과 가속도의 성분 사이의 관계를 나타낸다. 예를 들어 첫 번째 방정식은 작용한 모든 힘들의 합의 x축 성분으로서 가속도의 x축 성분인 만을 만들어내고, y축과 z축 방향으로는 물체를 가속시키지 못한다는 것을 나타낸다. 바꿔 말하면 가속도 성분은 모든 힘들의 합 중 x축 성분에 의해서 생긴 것이다.
2) 평형상태
(식 1)은 물체에 작용한 알짜힘이 0이라면 가속도 역시 이라는 뜻이다. 만약 어떤 물체가 정지해 있다면 계속해서 정지해 있을 것이며 움직인다면 같은 속도로 계속해서 움직이게 될것이다. 이때 물체에 가해진 힘들은 서로 균형을 이루고 있으므로 힘과 물체는 평형상태에 있다고 말할 수 있다. 일반적으로 작용한 힘들은 서로 상쇄된다고 말하지만 “상쇄”라는 단어는 조심해서 사용하여야 한다. 이 단어가 의미하는 바는 힘의 존재 자체가 없어졌다는 것이 아니다. 힘은 rp속해서 물체에 작용하고 있으며 그 합이 0일 뿐이다.
(식 1)은 SI 단위계에서 다음과 같다.
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