[자연과학]실험결과 보고서 - 힘의 평형 및 분해

힘의 평형 및 분해

1. 목적

여러 개의 외력을 받고 있는 물체가 평형 상태에 있을 때에 평형 조건을 실험하여 힘의 합력과 평형력을 알아본다. 또한 이와 반대로 합했을 때 원해 힘과 동일한 효과를 갖는 두 개의 힘을 찾아낸다.

2.원리

벡터는 반드시 크기와 방향 둘 다에 의해 정해지는 양이다. 힘은 백터량의 한 예다. 어떤 물체에 작용하는 힘을 기술하려면 작용하는 힘의 방향과 크기 둘 다 정해 주어야 한다.
- 힘의 합성
힘을 합성할 대에는 각각의 힘의 작용점을 한 곳에 일치시킨 다음, 각각의 힘의 벡터의 합을 구하여 합성된 한 힘을 구한다. 이러한 작업을 힘의 합성이라고 하며, 합성된 힘을 합력 혹은 알짜힘이라고 한다.
2차원 이상의 벡터합을 구할 때에는 두 벡터의 시작점을 똑같이 맞춘 다음 두 벡터를 한 변으로 하는 평행사변형을 그려야 한다. 이런 식으로 벡터합을 구하는 것을 평행사변형법이라고 한다. 또한 벡터합을 구할 때에는 어떤 벡터를 먼저 더하는지는 결과에 영향을 미치지 않는다.
또한 힘을 합성할 때에는 벡터들이 놓여있는 평면 혹은 공간에 좌표를 도입하는 방법도 있다.
옆의 그림과 같이 두 힘의 작용점을 원점으로 하는 좌표 평면을 도힙하면, 각 힘의 크기와 방향을 좌표로 나타낼 수 있다. 두 힘을 나타내는 좌표의 x 성분은 x 성분끼리, y 성분은, y성분끼리 더하여 두 힘의 합력을 쉽게 구할 수 있다. 만약 힘이 3차원 공간상에서 작용한다면 z축을 포함하는 좌표공간을 도입하면 된다.
- 힘의 분해
힘은 여러 개의 임의의 분력으로 분해할 수도 있다. 힘의 분해는 힘을 합성하는 반대 과정을 따르면 된다.
옆의 그림은 F 라는 힘 벡터를 F 와 F 의 두 분력벡터로 분해한 것을 보여주고 있다. 우리는 앞으로 계산상의 편의…
-세 힘의 평형
F + F 〓 - F

3.실험기구

4.실험방법

① 용수철저울에 아무것도 달지 않고 늘어난 길이를 재서 L1이라 하자.

② 용수철저울에 질량 M인 추를 달아 늘어난 길이를 재서 L2라 하자.

③ kL〓Mg(단,L〓L2-L1이고 g는 중력가속도 9.8N/kg이며 단위는 kg과 m 로 환산한다)식을 이용해 k 값을 구한다.

④ 위 사항을 반복하여 평균을 낸다.

1)힘의 평형

① 그림처럼 알고 있는 힘 F 과 F 가 포스 링을 잡아당길 수 있도록 도르래와 질량 추를