[일반물리학]토크의 평형 실험

소개글

◦물체가 역학적 평형을 유지할 때 물체가 받는 토크의 합이 0이 되어야 함을 확인한다.

목차

1. 실험목적
2. 이론 및 원리
3. 기구 및 장치도
4. 실험 및 방법
5. Data 및 계산
6. 결과
7. 고찰

본문내용

1.실험목적
◦물체가 역학적 평형을 유지할 때 물체가 받는 토크의 합이 0이 되어야 함을 확인한다.
4. 실험 및 방법
평형막대의 고리를 빼고 평형이 되도록 중심을 조절한다.
스프링의 오차를 보정한다.
① 아무것도 매달지 않은 상태에서 0점조정을 한다.

▷평형막대의 양쪽 끝에 고리를 달고 오른쪽 고리의 중앙에 각도계가 오도록 한다.

이 때 평형막대는 수평을 유지해야 하며 각도계의 수직추는 0도를 가리키도록 하는 것이 편리하다.
▷풀리를 통해 용수철 저울과 실로 연결한다. 이 때 각도계의 수직추와 풀리가 일정한 각(θ)을 이루도록 한다.

평형레버의 회전축에서 왼쪽고리까지의 길이(L1)와 오른쪽고리까지의 길이(L2)를 잰다.
왼쪽 추걸이에 적당한 무게의 질량(m1)을 단다.
용수철 저울의 위치를 조정하여 평형막대가 다시 평형이 되도록 한 후 용수철 저울을 읽는다. (F2)
m1gL1 = F2L2sinθ 의 관계가 성립하는지 확인한다.

질량을 바꾸어가며 이 절차를 반복한다.
각도와 L1 을 바꾸어 4~5절차를 반복한다.
(추를 내려놓고 풀리의 위치를 조정하면 각도를 바꿀 수 있고, 왼쪽 고리의 위치를 옮기면 L1 을 바꿀 수 있다. )

먼저 토크라는 것이 무엇인지 알아보면, 토크란 물체의 회전 운동에 관한 문제를 회전 동역학의 관점에서 적용하였을 때, 회전운동에 뉴턴의 제2법칙을 적용한 것으로, 회전 운동 시 힘의 구실을 하는 것을 말하는 것이다. 힘과 토크의 차이점은 힘은 선 가속도를 만들지만 토크는 각가속도를 발생시킨다는 점이다. 정확히 말하면 토크란 결국 회전축 또는 지지 점에 대한 힘의 회전 능력을 말하는 것이다.
실제 토크의 값은 지렛대의 팔이라 불리는 유효거리에 작용하는 힘을 구하여야 하고, 지렛대에 수직 성분만이 토크의 값에 영향을 주게 된다.
따라서 이번 실험에서 특히 두 토크의 평형인 경우에는
m1 × l1 = m2 × l2 × sin a
의 공식에 따라 토크의 평형을 확인하였다.

참고 자료

일반물리학 및 실험