마찰계수 측정 실험 결과 레포트 (물리학및실험1)

소개

건국대학교 물리학 및 실험 1 강의 중 실험 결과 레포트로 제출한 자료입니다.
해당 강의에서 본 레포트 포함 총 11개의 레포트를 작성하여 레포트 점수에서는 만점 받은 레포트입니다.

본 실험은 마찰계수 측정 경사대에 다양한 조건의 물체를 올리고 미끄러트치며 마찰계수를 측정하는 실험으로, 유사한 실험 레포트를 작성하실 때 참고용으로 사용하시기 바랍니다.

토의 내용에는 실험 결과의 분석과 오차 원인, 실험 결과를 토대로 마찰계수에 영향을 주는 요인 분석, 강체의 마찰력과 고무의 마찰력의 차이가 적혀 있습니다.

목차

1. 실험 원리
- 1.1 마찰력

2. 실험 재료 및 도구

3. 실험 방법
- 3.1 수평면상에서의 정지 마찰계수 측정
- 3.2 미끄러져 내려가는 경우의 정지 마찰계수 측정
- 3.3 끌어올려지는 경우의 정지 마찰계수 측정

4. 실험 결과
- 4.1 수평면상에서의 정지 마찰계수
- 4.2 미끄러져 내려가는 경우의 정지 마찰계수
- 4.3 끌어올려지는 경우의 정지 마찰계수

5. 토의

6. 결론

7. 자료 출처 및 참고 문헌

본문내용

1.1 마찰력

마찰력이란, 한 물체가 다른 물체와 접촉하여 운동할 때 접촉면에 대해 접선방향으로 물체의 운동을 방해하는 힘이다. 이는 정지 마찰력과 운동 마찰력으로 구분되는데, 정지 마찰력이란 물체에 외력이 작용할 때 움직이지 않는다면 정지한 상태에서 외력과 반대 방향으로 동일한 세기로 작용하는 마찰력을 말하며, 운동 마찰력이란 물체가 운동하는 동안 작용하는 마찰력이다. 일반적으로 물체가 운동하기 직선 순간의 최대 정지 마찰력은 운동 마찰력보다 큰 것으로 알려져 있다.

이와 같은 정지 마찰력의 정의를 이용하면 수평면상에서의 정지 마찰력, 미끄러져 내려가는 경우의 정지 마찰력, 끌어올려지는 경우의 정지 마찰력을 각각 계산 할 수 있다.

그림 1.1.1 수평면 상에서의 자유물체도

먼저, 수평면 상에서의 최대 정지 마찰력은 줄로 인해 가해진 힘의 크기와 같다. 따라서 다음의 식과 같이 나타난다.



그림 1.1.2 빗면에서 내려가는 상황에서의 자유물체도

다음으로, 미끄러져 내려가는 경우의 정지 마찰계수는 물체에 가해진 중력을 빗면에 평행한 성분과 수직인 성분으로 나누어 계산하면, 빗면에 수직인 성분은 수직항력과 동일하여 상쇄되고 빗면에 수평 성분의 힘의 반대 방향으로 마찰력이 작용한다. 따라서 정지마찰계수는 다음과 같은 식으로 나타난다.

마지막으로, 끌어져 올라가는 경우의 정지 마찰계수는 미끄러져 내려가는 경우와 유사하게 물체에 가해진 중력을 빗면에 평행한 성분과 수직인 성분으로 나누어 생각하지만, 줄의 장력이 존재하며 물체의 운동 방향이 올라가는 방향이므로 줄의 장력에서 물체에 가해지는 중력의 빗변 방향 힘을 빼준 값이 정지마찰력과 동일할 것이다. 따라서 정지마찰계수는 다음과 같은 식으로 계산 가능하다.

참고자료

· 그림 1.1.1~3: 강의자료 엑셀파일
· 조승식 (2023), “일반물리학실험_개정판”, 북스힐
· Jewett/Serway 저. 대학물리학교재편찬위원회 역 (2024), “대학물리학”. 북스힐