7.힘과 일[예비]

소개글

일반물리학실험

목차

1. 실험목적
2. 실험원리
3. 실험 방법
4. 참고 문헌 및 자료

본문내용

1. 실험목적

힘과 관련 있는 몇 가지 간단한 계를 구성하고 힘의 작용에 의한 계의 에너지 변화를 알아본다.

2. 실험원리

경사면을 오르는 것이 평지에서보다 더 많은 에너지가 소비된다는 것은 누구나 알고 있다. 문제는 과연 얼마나 더 많은 에너지가 소비되는가이다. 원리를 통해 간단히 알아보자.



= mg cosθ
mg


경사면이 물체를 수직으로 떠받치는 힘은 = mg cosθ 로 주어진다. 마찰력은 운동을 방해하는 방향이므로 비탈면 아래로 작용하며, 그 크기는 수직항력에 비례한다. 비례상수는 마찰계수 μ이다. 즉,

f = μN = μmg cosθ --- 경사면과 평행하면서 아래 방향

또한 중력이 경사면에 나란한 성분은 다음과 같다.

걍사면에 나란한 성분 = mg sinθ --- 경사면과 평행하면서 아래 방향

따라서, 경사면을 오르려면 최소한 위의 두 힘의 합과 같은 힘을 비탈면 위 방향으로 주어야 한다. 즉,

F = μmg cosθ ＋ mg sinθ --- 경사면을 오르기 위해 필요한 힘.

이 힘을 주어서 경사면을 따라 거리 S만큼 올라갔다면, 그 때 한 일은 다음과 같다.

일 = (힘)×(거리) = (μcosθ＋sinθ)mg*S

경사면을 따라 거리 S를 가는 데 드는 에너지

평지에서 거리 S만큼 가는 데 필요한 일은 θ=0일 때이므로 μmg*S로 주어진다. 따라서, 비탈면을 따라 S의 거리를 오르는 데 드는 일은, 평지에 비해 몇 배의 에너지가 필요한가 하는 답이 얻어진다.

참고 자료

- Fundamentals of physics 7Edition
- High Top Physics 6E
- http://ora24.cafe24.com/Lecture/Stuff04.htm
- 일반물리학실험, 부산대학교 물리학교재편찬위원회, p95~100