[자연과학][물리실험보고서] F 〓 ma 와 마찰력

실험 결과 보고서
실험 목적
의 관계를 실험을 통하여 알아본다.
이론
물체의 가속도는 물체가 받은 힘의 크기에 비례하고, 질량에 반비례한다. 이것을 Newton의 제2법칙이라고 한다.
이다. 이때, 는 외부에서 물체에게 가해지는 힘의 합력이고, m은 물체의 질량, a는 물체의 가속도이다.
각각의 물체가 받는 힘을 이용하여 수식을 세우고 연립해서 수식을 연립하여 가속도를 구할 수 있다.
그림과 같이 물체 이 받는 힘은 수직방향과 수평방향으로 나눌 수 있는데 수직방향의 힘은 서로 상쇄되어 0이 된다. 남은 힘은 장력 뿐이므로
가 된다. 물체 이 받는 힘은 장력 와 중력 이고, 장력 는 물체 이 받는 장력과 동일하다고 볼 수 있다. 따라서
이다. 이 두 식을 더하면 장력 를 상쇄할 수 있고 가속도 를 구하면
이다.
물체 과 물체 을 하나의 물체 으로 고려하여 가속도 를 구할 수 있다.
그림에서 물체 이 받는 살펴보면, 모든 힘이 상쇄되어 만 남게 된다. 따라서, 는 다음과 같이 적용할 수 있고 여기서 가속도 를 구하면
이 된다.
실험 방법

A. 마찰이 없는 경우

(1) 에어트랙을 수평으로 맞춘다.

(2) photogate를 pulse mode로, 두 photogate의 간격을 50cm로 맞춘다.

(3) 질량 20g을 추걸이와 함께 글라이더에 연결한다.

(4) 에어트랙의 Air를 작용시켜 에어트랙의 마찰을 없앤다.

(5) 글라이더를 photogate 바로 앞에서 출발시켜 초속도가 0이 되게 하여 실험을 시작한다.

(6) 같은 실험을 3번 실시하여 평균값을 구하여 기록한다.

(7) 글라이더에 추를 추가하여 글라이더의 질량을 20g씩 증가시키면서 실험을 반복한다. 이때, 평형을 맞추기 위하여 글라이더의 양쪽에 같은 질량의 추를 올려놓아야 한다.

B. 마찰이 있는 경우

(1) 앞에서 실시했던 [마찰이 없는 경우]의 실험과 똑같은 방법으로 실험을 실시한다. 단, 이번 실험에는 에어트랙의 Air를 작동시키지 않은 상태에서 실험을 실시한다.

(2) 이때, 글라이더에는 아무런 추를 추가하지 않고, 추걸이에는 100g의 추를 추가하여 실험을 실시한다.

(3) 같은 실험을 3번 반복하여 평균값을 구하여 기록한다.

(4) 실험값에서 가속도 를 구하여 를 이용하여 마찰력 를 구하고, 를 이용하여 운동마찰계수 를 구한다.

C. 마찰이 없고, 기울기가 있는 경우

(1) 에어트랙의 한쪽 높이를 10cm 증가시켜, 에어트랙이 기울기를 가지게 한다.

(2) 질량 50g을 추걸이와 함께 글라이더에 연결한다.

(3) 앞에서 실시했던 [마찰이 없는 경우]의 실험과 똑같은 방법으로 실험을 실시한다.

(4) 글라이더에 추를 추가하여 글라이더의 질량을 50g씩 증가시키면서 실험을 반복한다. 이때, 평형을 맞추기 위하여 글라이더의 양쪽에 같은 질량의 추를 올려놓아야 한다.

D. 마찰이 있고, 기울기가 있는 경우

(1) 앞에서 실시했던 [마찰이 없고, 기울기가 있는 경우]의 실험과 똑같은 방법으로 실험을 실시한다. 단, 이번 실험에는 에어트랙의 Air를 작동시키지 않은 상태에서 실험을 실시한다.

(2) 이때, 글라이더에는 아무런 추를 추가하지 않고, 추걸이에는 150g의 추를 매달아 실험을 실시한다.

(3) 같은 실험을 3번 실시하여 평균값을 구하여 기록한다.

(4) 추걸이에 추를 추가하여 질량을 50g씩 증가시키면서 실험을 반복한다.

(5) 데이터 분석에는 앞에서 구한 운동마찰계수 를 이용한다.

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