물리학 실험 - 토크([torque, 힘의 모멘트] ) 예비 / 결과 보고서

소개

물리학실험 - 토크([torque, 힘의 모멘트] ) 예비 / 결과 보고서

목차

▣ 목적
▣ 이론
결과보고서
[1] 측정값
[2] 토의

본문내용

이 양을 토크 또는 힘의 모멘트라고 부른다. 토크는 특정한 축둘레를 따라 힘에 의하여 비틀리는 정도를 나타내는 양으로써 힘에 거리를 곱한 (N∙m)의 차원을 갖는다.
식을 보면 알수 있겠지만 토크의 크기를 결정하는 변수는 , , 의 크기가 된다. 과 가 일정한 경우에 는 일 때 최대가 된다. 과 가 평형할 때는 이 된다. 또한 힘의 작용선이 점 를 지날 때에는 에 대한 모멘트 팔이 0이며 그 점에 대한 토크 또한 0이다.
토크의 방향은 물체가 기준축 주위를 회전하는 방향에 따라 시계 방향 또는 시계 반대반향을 향한다. (오른나사 규칙을 따른다. 방향에서 의 방향까지 작용선을 따라 오른손가락들을 휘감으면 엄지손각락이 가르키는 방향이 토크의 방향이다.)
관성모멘트가 인 물체가 고정된 회전축에 대하여 회전하는 경우에


(3)

의 운동방적식에 의해 각가속도가 결정된다. 따라서 어떤 물체가 정역학적인 평형을 이루려면, 즉 움직이지 않으려면


(4)


(5)

의 두 조건을 만족해야 한다. 식 (4)는 이 물체의 질량중심이 움직이지 않을 조건이고, 식 (5)는 회전하지 않을 조건이다. 식 (5)의 조건은 임의의 회전중심에 대하여 성립해야 한다.
이 실험에서는 식 (5)를 만족하는 실험조건을 만들어 각 힘의 토크를 계산하고, 토크의 정의가 올바르게 되었는지를 검토한다.




∎ 토크와 회전관성






회전을 가속시키려면 어떤 모멘트 팔이 있는 점에 힘이 가해서 토크가 존재하여야 한다. 접선력 의 작용으로 를 지나는 축에 대하여 반지름 의 원을 따라 움직이는 질량 의 입자를 생각하자. (각가속도는 이다) 뉴터의 제 2법칙에 의하여 입자는 접선 방향의 가속도를 갖는다.


(를 사용하면)

에 대하여 가 만드는 토크는 이며, 위식의 양변에 을 곱하면



와 비교하면, 이 식은 질량(관성)과 동등한 회전의 양이 임을 보여 준다. 이것이 주어진 축에 대한 입자의 관성 모멘트인데, 으로 표기하고 와 같이 이다.

참고자료

· 없음