[물리학]운동 방정식(F=ma)의 실험적 증명

소개

운동의 기본이 되는 F=ma에 대한 고찰과 증명 실험
창의적인 실험 내용과 꼼꼼한 이론적 배경 정리

목차

1. 서론
2. 이론적 배경
3. 실험과정
4. 결과 및 해석
5. 결론

본문내용

Ⅰ 서론
아인슈타인의 상대성이론이 성립하기 전까지 우주 만물의 운동은 뉴턴적 관점에 의해 설명되었다. 즉, 힘을 받지 않는 상태에서는 물체가 자신의 운동 상태를 유지하려 한다는 관성의 법칙(제 1법칙), 힘을 받을 때는 그 힘에 비례하는 가속도가 생긴다는 인과율적 법칙(제 2법칙), 한 물체가 다른 물체에 힘을 주면 힘을 준 물체도 준 힘과 같은 양의 힘을 반대방향으로 받는다는 작용 반작용의 법칙(제 3법칙)이 우주 만물을 모두 설명할 수 있다고 믿어졌다. 그러나 물체의 운동 속도가 광속에 가까이 가면 갈수록 뉴턴적 계산 값과 상대성 이론의 오차는 커져서 뉴턴의 법칙이 만물을 설명할 수 없게 되었다. 그러나 이런 뉴턴적 사고는 물체의 운동에서 그 속도가 광속에 비해 매우 적을 때 근사적으로 상대성 이론의 계산 값과 일치하기 때문에 우리 주위의 거시적 세계(운동 속도가 비약적으로 크지 않음)를 설명하는 데는 뉴턴적 관점이 훨씬 유용할 수 있다. 이런 관점에서 뉴턴의 법칙은 큰 의미를 지닌다.
뉴턴의 관점은 궁극적으로 F=ma로 축약 될 수 있으며 이 운동 방정식 덕분에 거시적 세계에서의 운동을 표현하기 쉬워 진다. 이런 운동방정식 F=ma를 이번 실험을 통하여 실험적으로 접근해 보고자 한다.
실험목표①. m을 고정시키고 F와 a의 관계를 알아본다.
②. F를 고정시키고 m과 a의 관계를 알아본다.
③. 최종적으로 F=ma라는 식이 성립하는지 알아본다.
④. 빗면에서의 운동을 설명할 수 있다.
Ⅱ 이론적 배경
① 뉴턴의 운동 제 2법칙(가속도 법칙)
물체에 힘이 작용하면 힘의 방향으로 가속도가 생기고 가속도의 크기는 작용한 힘의 크기에 비례하고 물체의 질량에 반비례한다. 이것을 운동의 제 2법칙이라 한다.
질량 m인 물체에 힘 F가 작용할 때 생기는 가속도를 a라고 하면 이 된다.
이 때 1N을 질량 1kg의 물체에 작용하여 1m/s/s의 가속도가 생기게 하는 힘의 크기라고 정의내리면, 비례상수 k는 1이 된다. 따라서, 질량 m인 물체에 힘 F가 작용할 때 생긴 가속도를 a라고 하면 F=ma로 나타나진다.

참고자료

· 최신 대학 물리 실험(2006, 제 7판, 지은이 : 계정오)