뉴턴의 제2법칙 실험보고서(Newton's second Law)

소개글

"뉴턴의 제2법칙 실험보고서(Newton's second Law)"에 대한 내용입니다.

목차

1. Introduction
2. Theoretical Background
3. Methods
4. Results
5. Discussion
6. References

본문내용

1. Introduction

1차원 운동에서 뉴턴의 제 2법칙을 확인한다. 마찰력이 거의 없는 카트에 가해지는 힘을 측정하고 그로 인해 생기는 가속도 또한 측정하여 힘과 가속도 간의 상관관계를 분석한다. 또한 적게나마 작용하는 마찰력으로 인해서 운동에 어떠한 영향을 미칠 수 있는지 알아본다.

2. Theoretical Background

2.1. 뉴턴의 제 2법칙

뉴턴의 제 2 법칙은 물체에 가해지는 알짜힘은 그로 인해 발생하는 가속도와 질량에 비례한다는 법칙이다. 수식으로 나타내면 다음과 같다.

일차원 운동의 경우 상황이 매우 단순해진다. 한 축에서만 힘을 받고 움직이므로 다음과 같이 간략화가 가능하다.

이번 실험의 경우 가속도를 직접 측정할 수는 없다. 이때 시간에 대한 미분형이라는 가속도의 정의에 의거하면 가속도를 구할 수 있다. 즉 속력-시간 그래프의 기울기가 가속도이다.

도르래에 실을 연결할 경우 우선 두 가지 가정을 한다. 줄의 길이가 수축 또는 팽창하지 않는 다는 가정으로 일정한 장력을 나타낼 수 있다. 도르래에 연결된 각 부분은 원래의 경우에는 장력이 서로 다르지만, 도르래의 질량을 무시할 수 있다고 가정을 하면 관성 모멘트를 무시할 수 있으므로 어디든지 줄 전체의 장력은 균일하게 작용하게 된다.

마찰이 없는 평면위의 물체와 낙하하는 물체가 도르래로 연결되어 있을 때, 도르래의 질량을 M, 도르래 위의 질량을 m1, 낙하하는 총 질량을 m2라고 두면 운동 방정식을 연립하여 다음 결과를 얻을 수 있다.

1. Methods

1.1. 실험 장비
-250g 무게추와 후크, 와이어
-1.2 m 다이내믹 트랙
-범퍼로 사용할 고무 끈
-도르래, 클램프
-스마트 카트(blue)

1.2. 실험 방법
1. 분석 프로그램을 실행한 후 스마트 카트와 연결한다.
2. 마찰이 거의 없는 레일을 설치한다.
3. 레일 다리 높낮이를 조절하여 스마트 카트가 움직이지 않는지 확인한다.
4. 레일에 클램프를 이용해 도르래를 설치한다.
5. 스마트 카트에 힘 센서 부분에 후크를 연결한 후 와이어를 연결한다.

참고 자료

David Halliday, Robert Resnick /일반물리학 10th edition
Department of Physics / General Physics Laboratory I