일반 물리학 실험 힘의 평형과 벡터 합성

목차

1.목적

2.실험원리
1) 도식법에 의한 벡터 합성
2) 해석법에 의한 합성

3.실험기구 및 재료

4.실험방법

5.측정값

6.실험결과

7. 결과에 대한 논의

8. 결론

9. 참고문헌

본문내용

1. 목적

힘의 평형 장치를 이용하여 한 점에 작용하는 여러 힘들의 평형 조건을 알아보고 힘의 분해와 합성을 이해한다.

2. 실험 원리

물체에 작용하는 외력의 합이 0이거나 회전력의 합이 0일 때 물체는 평형 상태라고 말한다. 물체의 평형을 논의할 때는 병진과 회전에 관한 평형을 동시에 고려하여야 한다. 따라서 일반적인 물체의 평형 상태는 다음과 같은 두 가지 조건을 만족하여야 한다. 병진 평형은 물체에 작용하는 모든 힘의 합이 0이여야 한다. 이 식은 물체의 속도가 일정함을 의미한다. 회전 평형은 임의의 점에 대한 회전력의 합이 0이 되어야한다. 이 식은 각운동량이 일정함을 의미한다. 하지만 이 실험은 한 입자에 작용하는 세 힘의 평형을 생각하므로 병진 평형 조건만 만족하면 된다. 힘은 벡터량으로 크기와 방향을 함께 가진다. 따라서 힘의 평형 조건은 벡터의 분해와 합성으로 구할 수 있고, 벡터의 분해와 합성을 나타내는 방법으로는 도식법과 해석법이 존재한다.

1) 도식법에 의한 벡터 합성

그림1에 주어진 두 힘의 합을 구해보자. 이들의 벡터 합 또는 합력은 그림2와 같이 두 벡터를 한 쌍의 변으로 하는 평행사변형을 그려서 두 벡터가 만나는 점으로부터 평행사변형의 대각선을 그림으로써 구한다. 이 대각선 벡터는 두벡터의 합으로서 합력의 크기와 방향을 나타낸다.

<중 략>

3. 실험 기구 및 재료

힘 합성대, 추, 수평계

4. 실험 방법
① 수평계를 사용해서 합성대가 수평이 되도록 조정나사를 돌려 맞춘다.
② 먼저 임의의 추를 추걸이 A와 B에 올려놓고 적당한 각도를 유지시키면서 추걸이 C에 적당한 추를 올려놓고 각도를 조절하여 평행상태가 되도록 맞춘다.
③ 평형이 이루어졌는지를 확인하기 위해서 중앙의 고리를 흔들어 고리가 다시 중앙에 되돌아 오는지 확인한다.
④ 평형 상태가 확인되면 추의 질량과 각도를 기록한다.
⑤ 같은 실험을 추의 질량과 각도를 바꾸어 가며 반복한다.

참고 자료

부산대학교 물리학교재편찬위원회 (2016). 일반물리학실험. 청문각