본문/내용
1. 실험 목적
마찰력의 종류를 알고 마찰력의 크기를 다르게 하는 원인을 분석하고, 마찰계수를 구할 수 있다.
2. 원리 및 방법
1)마찰력이란
물체가 다른 물체의 표면에 접하여 움직이려고 할 때 또는 움직이고 있을 때 그 운동을 저지하려는 힘이 접촉면을 따라 작용한다. 이 저항력을 마찰력이라고 한다. 마찰력이 생기는 원인은 요철설과 응착설로 설명된다. 이 두 가지 설은 상호 보완적인 것으로 환경과 조건에 따라 타당성이 있는 것을 선택하여 설명하게 된다.
요철설은 서로 접촉하고 있는 두 면을 확대시켜보면 울퉁불퉁한 요철 모양을 이루게 된다. 이 상태에서 물체가 옆으로 움직이려면 요철 모양을 파괴시키는 힘이나 빗면을 따라 약간 올라가거나 내려오는 힘이 필요하게 된다.
응착설은 두 물체의 접촉면을 확대시켜 보면 실제 접촉되어 있는 부분은 전체 면적에 비해 아주 작은 면적만 접촉되어 있다.
따라서 이 접촉되어 있는 작은 면적에 물체의 중력이나 수직항력이 집중되어 압력이 무척 커지게 된다. 접촉되어 있는 이 부분에서 서로 다른 두 물체의 분자들이 큰 압력에 의해 전기적으로 결합된다. 물체를 옆으로 움직이려면 이 결합을 파괴시키는 힘이 필요하다. 이 힘이 곧 마찰력이다.
마찰력의 크기는 접촉면에 상태에 따라 달라지며, 또한 접촉면에 수직한 법선력 N에 비례한다
2)마찰계수란
마찰력의 크기는 수직항력에 비례하는데 이때의 비례상수가 마찰계수이다. 즉 같은 수직항력이 작용 시 마찰계수가 클수록 마찰력의 크기도 커진다. 마찰력의 크기를 f, 수직항력을 N, 마찰계수를 μ(mu; 뮤)라고 할 때, f = μN의 관계가 성립한다. 마찰의 정도를 나타내는 마찰계수는 물체의 재질, 표면의 매끄러운 정도 등에 따라 달라진다.
3)마찰계수의 종류
최대정지마찰력과 수직항력의 관계를 …
4)실험 방법
3. 실험 결과
1) 수평면상에서의 정지마찰계수
2) 미끄러져 내리는 경우의 정지마찰계수
3) 끌어올리는 경우의 정지마찰계수
4. 토의
5. 참고 자료
6.1g101.7g0.434
4. 토의
이번 실험에서는 최대 정지 마찰력의 크기를 구하고, 접촉면의 상태에 따른 마찰계수의 차이를 알아보았다. 이 실험은 필연적으로 많은 오차가 수반되었다. 기본적으로 마찰계수는 질량, 접촉면의 크기에는 무관한 값으로 알고 있으므로, 질량이나 접촉면적의 크기의 차이에서는 마찰계수의 변화가 거의 없으리라 가정한다. 또한 물체가 움직이기 시작할 때의 추의 무게를 측정하여 이 값을 최대정지마찰력와 같다고 가정했는데 실제로 추의 무게와 최대정지마찰력과는 차이가 있을 것이다. 사면대의 접촉면과 나무토막의 사포질이 실험시마다 변하여서 실험여건상 반복된 실험에서 고른 결과 값을 얻기가 어렵다. 또한 재료의 접촉면이 이상적으로 매끈하지 않은 경우 재료의 요철에 의한 기계적 마찰이 있을 것이고 이는 아마도 면적이 넓으면 더 많아져서 마찰을 더 크게 만들었을 것이다. 첫 번째 실험과 세 번째 실험은 물체가 움직이기 시작할 때 추+추걸이의 무게(Ws)를 추를 이용해 측정하였는데 추의 무게의 단위가 커서 정밀한 무게의 측정이 어려웠다. 또한 각 회의 Ws값을 조금씩 다르게 얻기 위하여 다른 무게의 추를 이용하여 측정하려고 했기 때문에 그에 따른 오차도 생겼을 것이다. 두 번째는 사면대 위에 나무토막을 올려놓고 미끄러질 때까지의 각도를 측정하는 실험인데, 손으로 작업하는 실험이라 측정시마다 값이 달랐고 각도의 눈금도 정밀하지 못하여 정확하게 읽을 수 없었을 것이다.
5. 참고 자료
두산백과사전 EnCyber & EnCyber.com
대학물리학 JEWETT & SERWAY 청문각
일반물리학 실험 건국대학교 물리학과 나노과학기술전공 북스힐