일반물리학실험 A+ 레포트 구심력 측정

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본문내용

1. Title
구심력 측정
2. Date
2021년 10월 4일 월요일
3. Purpose
물체가 일정한 각속도로 원운동을 할 때, 그 물체에 작용하는 구심력을 측정한다.
4. Principle
그림 1.6.1과 같이 질량이 M인 물체가 균일한 속력 v를 가지고 반지름이 r인 원주상을 등속 원운동한다면 그 물체는 속도와 방향이 항상 변하므로 원의 중심을 향하는 가속도 즉 다음과 같은 구심 가속도를 가진다.

<figure 1. 그림 1.6.1 구심가속도>

뉴턴의 제2법칙[1]에 의하여 질량 M인 물체에 구심가속도 a를 나타내게 하는 힘, 즉 구심력 는 가 되며, 는 물체가 지나가는 궤도의 곡률[2] 중심을 향한다. 따라서 위의 두 식으로부터 구심력은 로 표시된다. 이 구심력은 물체가 원운동 할 때 물체를 원의 중심으로 구속하는 역할을 한다. 물체가 회전할 때 단위시간당의 회전수를 n이라 하면 원운동을 하는 물체의 접선 속도 는 v=rw이고 이므로 이 되어 식 은 다시 로 쓸 수 있다.

뉴턴의 제2법칙(Newton’s second law) [1]
힘과 가속도의 법칙이라 한다. 힘이란 물체의 운동상태 또는 모양을 변화시키는 원인이고 가속도는 속력의 변화이다. 어떤 물체에 더 많은 힘을 줄수록 그 물체는 더 속력의 변화를 겪으며 움직인다. 결과적으로 가속도(속력의 변화)는 힘과 비례한다. 물체의 질량이 크다고 가정하고 똑같은 힘을 주면 물체가 더 잘 안 움직인다. 가속도(속력의 변화)는 질량과 반비례관계에 있다. 이것을 종합해 보면 a＝이고, 여기서 a, F, m은 각각 가속도, 힘, 질량을 의미한다. 그래서 뉴턴의 제2법칙은 F＝ma라고 한다.
곡률(curvature) [2]
곡률이란 곡선이나 곡면의 휘어진 정도를 나타낸 변화율이다. 즉, 곡선 위의 점 a가 곡선을 따라 일정하게 움직일 때, 이동한 거리에 따라 변화하는 진행방향의 변화율을 곡선의 곡률이라 한다. 모든 평면곡선의 곡률은 점마다 다르다. 한 원 위에 있는 점들의 곡률은 그 원의 반지름이 역수이다. 원이 아닌 다른 곡선의 곡률은 그 곡선에 주어진 점과 가장 비슷하게 그릴 수 있는 원에 대한 반지름의 역수이다.

참고 자료

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https://www.scienceall.com/%EA%B3%A1%EB%A5%A0curvature-2/ , 곡률
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B0%81%EC%86%8D%EB%8F%84, 각속도
한국물리학회, 속보이는 물리 힘과 운동 뛰어넘기, 동아사이언스, 45~49p, 158~161p(2005)
배기범, 필수본 개념완성 2021 물리학 1, 메가스터디, 49p(2021)
https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%8F%89%ED%98%95%EC%A0%90,평형점
https://www.youtube.com/watch?v=LTHwlS3GEV8 ,구심력 측정 실험
대학물리학교재 편찬위원회, 핵심 대학물리학, 북스힐, 280~285p(2019)
https://www.scienceall.com/%EB%B3%B5%EC%9B%90%EB%A0%A5force-of-restoration-restoring-force/, 복원력