[자연과학][실험보고서] 뉴턴 제 2법칙[Newton`s 2nd law]

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Newton`s 2nd law
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실험 목적
수레가 앞뒤로 움직일 때 힘과 가속도 확인
힘-시간 그래프와 가속도-시간의 그래프의 비교
힘-가속도 그래프 분석
힘과, 질량, 가속도 사이의 관계를 결정
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실험 이론
가속도는 말 그대로 속도가 더해지는 정도를 나타내는 물리량이다. 수학적으로는 속도를 시간에 대해 미분하면 가속도가 나온다. 즉, 가속도란 시간에 따른 속도의 순간적인 변화량이다. 뉴턴은 1687년에 발표한 `자연철학의 수학적 원리(프린키피아)`에서 자신의 두 번째 운동법칙을 다음과 같이 기술하였다.
“법칙2. 운동의 변화는 가해진 힘에 비례하며 힘이 가해진 직선 방향으로 일어난다.”
여기서 운동의 변화는 운동 상태의 변화를 말하는데 뉴턴이 생각했던 운동 상태는 운동량(momentum)이라는 물리량으로 표현된다. 운동량은 입자의 질량과 속도의 곱으로 주어진다
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. 따라서 제2법칙은 힘=운동량의 시간에 대한 변화라고 할 수 있다. 여기서도 물론 시간에 대한 변화는 수학적으로 시간에 대한 미분을 뜻한다. 운동량은 질량(m)과 속도(v)의 곱이니까, 질량이 시간에 대해 변하지 않으면 운동량의 시간에 대한 변화는 결국 속도의 시간에 대한 변화에 비례한다. 여기서 속도의 시간에 대한 변화가 바로 가속도이다.
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이 방정식의 뜻을 말로 표현하자면, 질량 m에 힘이 작용하면 이 물체의 속도가 변한다는 뜻이다. 그러니까 뉴턴역학에서의 힘이란 물체의 속도변화의 요인이 되는 무엇이다.
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실험 도구
노트북 (or 데스크탑, 인터페이스, 인터페이스 연결 케이블)
센서 연결 케이블 2개
힘센서
가속도센서
…

11. [카트+힘센서+가속도센서+500g 추 2개]를 이용하여 위 실험을 반복한다.

2. 물체의 질량과 힘-가속도 그래프의 기울기를 서로 비교하고 오차를 분석하라.

3. 힘-시간-질량의 관계를 설명하라.