일반물리및실험_02. 힘의 평형

소개

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목차

1. Title

2. Purpose

3. Theory
(1) 제 1 평형조건
(2) 제 2 평형조건

4. Apparatus

5. Procedure

6. Data & Result
(1) 측정값
(2) 작도(도식법)
(3) 분석 (해석법)

7. Discussion
(1) 실험 결과 분석

본문내용

1. Title
힘의 평형실험

2. Purpose
힘의 합성대를 이용하여 몇 개의 힘이 평형이 되는 조건을 연구하고, 이를 도식법과 해석법으로 비교 분석한다.

3. Theory
물체의 평형상태라 함은 물체가 원래의 상태를 변함없이 계속 유지하고 있는 것을 의미하며, 정지상태, 등속직선 운동상태, 등속회전 운동상태 등의 모든 경우를 뜻한다. 따라서, 여러 힘을 받고 있는 물체가 평형상태에 있으려면 다음과 같은 두 가지 조건이 필요하다.

(1) 제 1 평형조건: 선형적인 평형상태, 즉 정지 또는 등속직선 운동상태를 유지하기 위해서는 모든 외력의 합이 0이 되어야 한다. 이를 수식으로 나타내면

sum _{} ^{} vec{F} =0,````( sum _{} ^{} vec{F _{x}} =0,`` sum _{} ^{} vec{F _{y}} `=0,` sum _{} ^{} vec{F _{z}} =0) (1)

이 된다.

(2) 제 2 평형조건: 회전적인 평형상태, 즉 정지 또는 등속회전 운동상태를 유지하기 위해서는 임의의 축에 관한 모든 힘의 모멘트, 즉 토오크의 합이 0이 되어야 한다. 이를 수식으로 나타내면

sum _{} ^{} vec{tau } =0,```( sum _{} ^{} vec{tau _{x}} =0,`` sum _{} ^{} vec{tau _{y}} =0,``` sum _{} ^{} vec{tau _{z}} =0)` (2)

이 된다.

이 실험에서는 질점의 평형상태를 다루므로, 제 1 평형조건만 만족하면 된다. 그리고, 문제를 간단히 하기 위해서 모든 힘이 한 평면상에서 작용하도록 하였다. 한편, 벡터합을 구하는 데는 도식법(또는, 작도법)과 해석법이 있다.

① 도식법에 의한 벡터 합성
그림 1과 같은 OA와 OB의 합을 구해보자.

참고자료

· 대학물리 역학편 / 차동우 / 북스힐 / 2007 / Vol. 4 / 1st Edition / p.254 ; p.291~292
· 맛보기 물리학 / Vern J. Ostdiek, Dounado J. Bord / 물리학교재편찬위원회 / 청문각 / 2004 / Vol. 1 / 4th Edition / p.56~57
· 대학물리학 / Raymond A. Serway, John W. Jewett / 대학물리학교재편찬위원회 / CENGAGE Learning - 북스힐 / 2009 / Vol. 1 / 7th Edition / p.90~92 ; p.248 ; p.268~270