[물리학실험]구심력 (예비 및 결과레포트)

소개

실험 목적 : 원운동하는 물체에 작용하는 구심력을 질량* 구심가속도의 식을 사용하여 측정하고 직접측정한 등가의 힘과 비교하여 구심력과 구심가속도의 표현식이 정당한가 검토한다

목차

part 1. 예비보고서
part 2. 결과보고서

본문내용

둔후, 정지 상태에서 같은 길이 만큼 용수철을 늘어나게 하는 추의 무게를 측정하면 용수철의 복원력을 측정할 수 있다. 이 힘은 추의 질량을 M이라 하면 F=Mg이다.

실험 이론
<구심력> 물체가 원궤도를 따르게 하는 힘을 구심력이라고 부른다. 구심은 ‘중심을 찾는’ 또는 ‘중심을 향하는’이란 뜻을 가진다. 회전 목마를 탄 사람에게 작용하는 힘은 중심을 향한 힘으로 힘이 작용하지 않는다면 탑승자는 회전경로를 따라 움직이지 않는다.
줄의 한 쪽 끝에 매단 깡통을 회전시키려면 구심력이 작용하도록 줄을 끌어 당겨야만 한다. 줄은 깡통을 원 궤도로 끌어들이기 위해 구심력을 전달한다. 만유인력과 전기력은 구심력이 작용하도록 빈 공간을 통해서 전달된다. 예를 들면, 달은 지구 중심을 향한 만유인력에 의하여 거의 원 궤도를 돌게 되며 원자 내에서 돌고있는 전자들은 원자핵 중심을 향한 전기력을 받게 된다. 구심력은 새로운 종류의 힘이 아니라 운동하는 물체에 작용하여 원운동을 하게하는 줄의 장력, 만유인력, 전기력등과 같은 모든 힘에 단순히 붙여진 이름이다. 자동차가 모퉁이를 돌아갈 때 바퀴와 도로사이의 마찰력은 자동차가 곡선 궤도에 있도록 하는 구심력이다. 만약 마찰력이 충분히 크지 않다면 자동차는 돌아가는데 실패하여 옆으로 미끄러진다. 구심력은 원심분리기의 작동에 중요한 역할을 한다. 가정에서 흔히 볼 수 있는 자동세탁기의 회전 통을 들 수 있다. 회전 옷은 회전통의 안쪽 벽에 붙어서 원궤도를 돌게 된다. 회전통은 옷에 큰 힘을 작용하나 회전통 벽의 구멍들은 옷 속에 있는 물에 값은 힘을 작용하지 않으므로 물이 구멍 밖으로 빠져 나가게 된다. 엄밀히 말하면 옷은 물과 분리되도록 힘을 받지만 물은 옷으로부터 떨어져 나가도록 힘을 받지 않는다.
또한 질점에 힘이 작용하고 있을 때 그 힘을 질점의 속도의 방향과 그에 수직인 방향으로 나눌 수 있다. 속도는 질점이 그리는 궤도의 접선 방향으로 향하므로 속도에 수직인 힘은 궤도의 법선 방향에 놓이며 궤도의 곡률중심을 향하게 된다. 그 때문에 향심력(向心力)이라고도 한다. 접선 방향의 힘은 속도와 같은 방향으로 작용하므로 질점의 속도의 크기를 변화시키는데, 구심력은 속도에 수직이므로 속도의 방향만을 변화시킨다. 예컨대 균일한 자기장 속에 수직으로 전자가 뛰어들어 운동할 때처럼 일정한 구심력만이 작용할 때는 질점은 등속원운동을 한다. 질량 m인 질점이 일정한 크기 F의 구심력을 받아 속도의 크기 v로 반지름 r인 원둘레를 등속운동하고 있을 때

참고자료

· 없음