한양대학교 에리카 일반물리학 실험 뉴턴법칙

소개

한양대학교 에리카 일반물리학실험 뉴턴법칙 레포트 A+

목차

1. 개요
2. 이론
3. 실험진행방법
4. 실험결과 및 분석
5. 종합분석 및 토의
6. 참고문헌

본문내용

1. 개요
이 실험의 목적은 뉴턴의 운동 법칙의 이론적 이해와 더불어 일정한 힘을 받는 카트의 속도, 질량과 받는 힘을 측정하여 뉴턴의 제2 법칙을, 두 개의 운동 센서를 이용하여 뉴턴의 제3 법칙을 실험적으로 확인하기 위함이다.

2. 이론

2.1 뉴턴의 운동 제1 법칙 (관성의 법칙)
어떤 등속운동 하거나 정지해 있는 물체에 힘(외력)을 가해 운동상태를 바꾸지 않는 한 그 물체는 계속 그 상태를 유지한다.

2.2 뉴턴의 운동 제2 법칙 (질량과 가속도의 법칙)
물체의 가속도는 그 질량에 반비례하며 물체에 작용하는 총 외력(알짜힘)에 비례한다.

F = ma (수식 1.0)

1N = (1kg) × (㎨) (수식 1.1)

수식 1.0을 참조하면 질량이 클수록 같은 가속도를 갖는데 더 큰 힘이 든다는 사실도 알 수 있다. 이때 질량은 힘에 의한 물체의 속도 변화에 대한 저항의 척도, 즉 관성의 척도라고 할 수 있다. 생활 속에서 찾을 수 있는 예로는 질량이 더 큰 물체의 무게(물체가 받는 중력의 크기)가 더 무거운 것을 들 수 있다.

이번 실험은 그림과 같이 이루어지는데 이때 실의 무게를 무시한다면 실이 당겨질 때 무게추와 [카트+힘 센서]에 같은 크기의 힘(장력)을 작용하므로 카트, 힘 센서 그리고 무게추를 하나의 계로 보면 장력은 내부 힘이므로 간단하게 전체 가속도를 계산할 수 있으며 (수식 2.0, 2.1), 장력을 고려해서 힘 센서의 측정값을 이용해 [카트+힘 센서], 무게추에 걸리는 힘을 각각 계산할 수 있다. (수식 3.0) 이때 또한 [카트+힘 센서]에 걸리는 외력은 장력뿐 이므로 장력은 쉽게 구할 수 있다.

(M+M´+m)a = mg (수식 2.0)

a = (수식 2.1)

(수식 3.0)

2.3 뉴턴의 운동 제3 법칙 (작용과 반작용의 법칙)
힘은 항상 짝으로 나타난다. 상호작용하는 두 물체 1, 2가 있을 때 물체 1이 물체 2에 힘을 작용하면 물체 2도 크기는 같고 방향이 반대인 힘을 동시에 물체 1에 작용한다. 물체의 운동 상태와는 무관하다

참고자료

· 프린키피아 제 1 권 : 물체들의 움직임 –아이작뉴턴- (1687년)17~27p. (교우사, 1994)
· 종합물리학 현대 과학과 기술의 관문 문창범(general physics) 104~118p. (텍스트북스, 2018)
· 일반물리학 (principles of physics)Halliday David 93~97p.(텍스트북스, Wiley, 2022)
· pasco.com