[레포트] 기초물리실험- 회전운동

1. 실험목적

2. 이론

① 토크(Torque) : 물체에 작용하여 물체를 회전시키는 원인이 되는 물리량으로서 비틀림 모멘트라고도 한다. 단위는 N·m 또는 kgf·m를 사용한다. 중심축이 고정되어 있고 축과 거리가 떨어진 곳에 힘이 작용할 때, 작용하는 힘이 중심축을 향하는 방향이 아니면 토크가 생긴다.

② 각속도() : 각속도는 운동체와 기준점을 연결한 직선, 즉 동경이 단위시간에 이루는 각도로 측정하며, 흔히 ω로 나타낸다. 각속도의 단위는 1초간에 1라디안의 각 만큼 회전하는 속도로 rad/sec로 표시한다. 특히 각속도에 대응하여 운동체의 경로를 따르는 속도를 선속도라 하여 구별하는 경우가 있다. 선속도를 v, 운동체의 회전반지름을 r이라 하면, 각속도 ω와는 ω〓v/r, v〓ωr의 관계가 성립한다.

③ 각가속도() : 단위시간에 변화하는 각속도의 비를 말한다. 속도에 대하여 가속도가 있는 것처럼, 각속도가 시간적으로 변화할 경우에는 그 변화율인 각가속도를 생각할 수 있다. 각가속도는 각속도를 ω라고 하면 dω/dt로 나타낼 수 있다. 1초 사이에 1라디안(radian)/sec의 각속도가 변하는 각가속도를 단위로 하여, 이것을 rad/sec²으로 표시한다. 각가속도는 그 물체에 힘의 모멘트가 작용하지 않는 한 생기지 않는다. 이것을 회전의 관성이라고 하는데, 이 회전의 관성은 직선운동의 관성과는 달리 물체의 관성모멘트가 변화할 경우에는 힘의 모멘트가 작용하지 않더라도 각가속도가 생기며, 그것에 의해 물체의 회전속도가 변한다.

④ 관성모멘트(Moment of Inertia) : 단면 2차 모멘트라고도 하며, 회전축을 중심으로 회전하는 물체가 계속해서 회전을 지속하려고 하는 성질의 크기를 나타낸 것이다. 관성 모멘트는 물체가 외부의 토크에 얼마나 민감하게 반응하는지를 나타내는 양으로서, (각 입자의 질량)×(입자로부터 회전축까지의 거리)2 를 모두 더한 값으로 정의한다. 외부에서 힘이 작용하지 않는다면 관성모멘트가 클수록 각속도가 작아지게 된다. 일정한 토크에 대해 물체가 회전축으로부터 멀리 떨어져 있으면 물체를 회전시키기 어렵고 회전축에서 가까우면 쉽게 회전시킬 수 있다.