물리 실험 5-작은 벨로드롬(서울대)

소개글

1. 실험 목적과 배경
바닥을 아스팔트나 특수목재로 포장한 트랙을 비탈지게 하여 코너를 돌 때 원심힘을 최대한 이용하도록 한 사이클 전용경기장. 옥외경기장과 옥내경기장이 있다.
벨로드롬을 도는 자전거와 사람에게는 경기장 바깥으로 쏠리는 관성힘이 작용하게 된다. 이러한 힘이 바로 원심힘인데, 벨로드롬의 경우 트랙을 안쪽으로 비탈지도록 설계해서, 빗면에 의한 수직힘을 최고로 받게 하여 이 힘에 비례하는 마찰력이 구심힘으로 작용하여 안쪽으로 자전거를 밀어주어서 원심힘과 평형을 이룰 수 있게 하여, 회전하며 달리는 자전거가 바깥쪽으로 미끄러지는 일을 방지하고 있다.

목차

1. 실험 목적과 배경
2. 실험 장치
3. 실험 방법
4. 실험 결과
5. 논의

본문내용

1. 실험 목적과 배경
바닥을 아스팔트나 특수목재로 포장한 트랙을 비탈지게 하여 코너를 돌 때 원심힘을 최대한 이용하도록 한 사이클 전용경기장. 옥외경기장과 옥내경기장이 있다.
벨로드롬을 도는 자전거와 사람에게는 경기장 바깥으로 쏠리는 관성힘이 작용하게 된다. 이러한 힘이 바로 원심힘인데, 벨로드롬의 경우 트랙을 안쪽으로 비탈지도록 설계해서, 빗면에 의한 수직힘을 최고로 받게 하여 이 힘에 비례하는 마찰력이 구심힘으로 작용하여 안쪽으로 자전거를 밀어주어서 원심힘과 평형을 이룰 수 있게 하여, 회전하며 달리는 자전거가 바깥쪽으로 미끄러지는 일을 방지하고 있다.
구심힘은 회전하는 물체의 질량에 따라, 그리고 회전하는 각속도에 따라, 회전축으로부터 회전질량까지의 거리에 따라 그 크기가 달라지게 된다. 이 실험에서는 바깥쪽에 용수철을 장착한 장치에 추를 달아 돌려서 추의 회전에 의한 원심힘이 용수철의 되돌이힘에 의한 구심힘과 평형을 이루는 상태를 찾아내고 이 때의 회전주기, 추의 위치, 용수철의 압축길이를 측정하여 구심힘과 각 수치와의 관계를 확인한다. 빛살문 검출기(photogate detector)로 회전의 주기를 측정하고 궤도반지름과 구심힘 사이의 관계를 알아본다.

물체에 전혀 힘이 작용하지 않을 때의 운동형태는 방향이나 속력이 변화하지 않는 등속도 운동이다. 원운동은 이러한 물체의 운동방향을 계속 변화시켜주는 운동형태이므로, 원운동을 시켜주기 위해, 즉 물체의 운동방향을 계속 바꾸기 위해 가해주는 힘이 바로 구심힘이며 그 방향은 운동 방향에 수직하게 된다. 그리고 관성에 의해 운동 방향을 변화시키는 쪽(곧 원운동의 중심방향)과 반대방향으로 관성힘이 작용하게 되고 이것이 바로 원심힘이다.
Haliday & Resnick 일반물리학 책의 3-8을 참조하자면, 구심가속도의 크기는 일정하고 다음 식과 같이 주어진다.

참고 자료

없음