[물리학실험 레포트 보고서] 토오크의 평형(보고서)

실험 조건
실험조 (실험자)
기온
20.6 ℃
기압
날씨
맑음
날짜
시간
11:00 ~ 12:50
습도
28 %
실험 주제
- 토크의 평형
실험 목적
- 물체가 역학적 평형을 유지할 때 물체가 받는 모든 힘과 토오크(torque)의 총합은 0 이 됨을 확인
- 물체의 평형조건을 이해
원 리
- 힘
자연계에는 중력, 전자기력, 약력, 강력의 4가지 종류의 기본적인 힘이 존재
맞닿은 물체와 물체 사이에 가해지는 힘도 전자기 힘의 한 예
물체의 운동(상태)에 변화를 일으키는 요인으로 힘이 가해지지 않은 물체는 운동 상태에 변화가 일어나지 않고, 정지된 물체에 가해진 총 힘은 0 이다.
- 평형
여러 힘이 한 곳(또는 물체)에 작용할 때, 그 질점 또는 물체의 각 부분이 나란한(병진) 운동과 회전 운동의 상태가 변화하지 않는 상황.
물체가 평형을 이루는 조건

① 가해진 총 힘 : F(tot) = ∑Fi = 0 ☜ 병진운동 상태가 변하지 않을 조건

② 총 토크 : τ(tot) = ∑τi = ∑(ri ×Fi) = 0 ☜ 회전운동 상태가 변하지 않을 조건

※…(생략)

① 수직판 실험대

② 원형 각도계

③ 도르래 (X3)

④ 도르래막대

⑤ 용수철 저울

⑥ 평형막대 및 고정장치(retainer)

⑦ 토크바퀴

⑧ 토크 지시계 (3개)

⑨ 추걸이(16.5g),

⑩ 추 (100g×2, 50g×2, 20g×4, 10g×2)

⑪ 실, 가위

① 용수철저울의 맨 윗부분의 나사를 돌려 영점을 맞춘다.

② 용수철저울에 추걸이(질량 5g)를 걸고 늘어난 길이를 기록한다. 추걸이의 질량이 정확치 않을 수 있으므로 추걸이를 매단 상태에서 영점조정(기준점)해서 측정해도 무방하다.

③ 추걸이에 추의 질량을 20, 40,180g으로 증가시키며 저울에 가한 힘에 대한 용수철의 길이변화를 기록한다.

④ 가해진 힘과 용수철의 길이 변화에 대한 그래프를 그려본다. 이 그래프의 기울기가 용수철상수 k 이다.

① 먼저 평형막대를 실험대에 붙이고 피봇을 끼워 조심스럽게 수평이 되도록 평형을 잡는다.

② [그림3]과 같이 한쪽 끝에 추걸이를 매달고 각도계와 용수철저울 측의 실이 이루는 각도를 30°에 맞춘다. 이때, 막대가 평형을 유지하도록 용수철저울을 적당한 위치로 옮겨야 할 것이다.

③ 직각자를 이용하여 중심축으로부터 힘이 작용하는 고정 장치의 두 점까지의 거리 d1과 d2를 잰다.

④ 추의 질량 M2와 힘 F2 의 크기를 기록하고, F2 의 중심축에 대한 토오크를 계산한다. 도르래를 움직이면 F1의 각도를 변화시킬 수 있다. 이 각도를 정확히 재려면 각도계의 중심과 줄이 매달린 점이 일치해야 할 것이다.

⑤ 용수철 측의 실이 이루는 각도(F1의 각도)를 40, 50, 60, 70, 80°등으로 변화시키면서 막대가 수평으로 평형을 이루도록하고 이때의 용수철저울의 눈금을 읽어 가면서 데이터를 기록한다. (결과보고서 표1)

① [그림4]와 같이 먼저 토크 바퀴를 실험대에 붙인 다음,