[자연과학]물리실험보고서 - 구심력 측정

실험 결과 보고서
실험 목적
원 운동하는 물체의 질량, 궤도반지름, 주기와 구심력 사이의 관계를 알아본다.

이론
마찰이 없는 수평대에서 원 주위를 움직이고 있는 줄 끝에 달린 물체를 생각하자(그림). 이 물체에 작용하는 힘 는 줄의 장력으로 주어지고 힘 는 물체에 작용하는 알짜힘으로 이것이 바로 등속 원운동을 하게 하는 구심력이다.

이때 구심가속도 이며 뉴턴의 제2법칙에 의해 구심력 이다. 따라서 반지름 인 원궤도를 따라 등속 원운동하는 질량 인 물체가 받는 구심력은 다음과 같다.

여기에서 는 물체의 속도이고 는 각속도이다.

속도와 주기 사이에는 다음과 같은 관계가 있다.

따라서 구심력을 주기의 함수로 나타내면 다음과 같다.

또, 수식(3)을 에 대해 나타내면 다음과 같다.
실험 방법
(1) 회전대, 지지대 등 장치를 설치한다.
(2) 사각블록질량을 측정한다.
(3) 질량 100g의 추를 회전대의 중심으로부터 8cm거리에 각각 설치한다.(한쪽은 고정, 한쪽은 철사에만 연결되어있는 자유롭게 움직이는 상태)
(4) 회전대를 충분히 돌린 후, 데이터 스튜디오 프로그램을 이용하여 …(생략)