[자연과학]일반물리실험 - 정적 평형 상태 측정

1. 실험 목적

정지한 상태(정적 평형 상태)의 물체에 대해 이해하자.

2. 실험 기기

실험용 수직판, 평형막대, 각도기판, 도르래 3개, 용수철 저울, 고리와 실, 추걸이, 추,
경사면 장치
그림 1 평형 막대그림 2 경사면 장치그림 3 고리
그림 4 용수철 저울

3. 실험 이론

1)토크 : 물체에 작용하여 물체를 회전시키는 원인이 되는 물리량으로서 비틀림모멘트라고도 한다. 단위는 Nm 또는 kgfm를 사용한다.

물체에 가해진 합력이 0이 아니면 물체는 가속도를 얻어 속도가 바뀐다. 이와 마찬가지로 어떤 중심축에 대해 물체에 토크가 가해지면 그 축을 중심으로 물체의 회전상태, 각운동량이 바뀐다. 비틀림모멘트라고도 하며, 단위는 Nm(뉴턴미터) 또는 kgfm(킬로그램힘미터 또는 킬로그램중미터)를 사용한다. 중심축이 고정되어 있고 축과 거리가 떨어진 곳에 힘이 작용할 때, 작용하는 힘이 중심축을 향하는 방향이 아니면 토크가 생긴다. [그림]에서 반지름 r인 원형단면을 가지는 회전체가 축 OO로 받쳐져 있는 경우, 원주의 접선방향으로 힘 F가 작용하고 있다면 회전체는 Fr의 토크를 받아 회전운동을 한다.
그림 5 토크

2)힘의 평형

물체에 여러 가지 힘이 작용하고 있을 때, 합력(合力: Net force)이 0인 경우 힘이 평형을 이루고 있다고 말한다.
물체에 작용하는 여러 가지 힘이 평형을 이루고 있는 경우에 각 힘들의 합력은 0이다. 작용하는 힘들이 평형을 이루고 있는 예로 식탁 위에 놓인 움직이지 않는 사과, 등속직선운동하는 지하철 등이 있다.
식탁 위에 올려져 있는 사과는 지구에 의한 중력과 식탁에 의한 수직항력을 받는다. 두 힘의 크기는 같고 방향이 반대이다. 두 힘…

4. 실험 방법

1. 용수철 상수 k의 측정

①. 용수철 저울에 추걸이를 걸고 맨 윗부분의 나사를 돌려 영점을 맞춘다.

②. 추걸이에 추의 질량을 증가시키며 저울에 가한 힘에 대한 용수철의 길이 변화를 기록한다.

③. F〓mg〓kx 를 이용하여 k의 값을 구한다.

①. 경사면 장치를 설치한다.

②. 경사면 장치에 나무토막을 올려 놓는다.

③. 각도를 변경하며 나무토막이 미끄러지는 순간 각도를 측정한다.

①. 평형막대를 설치한다. 평형막대 왼쪽, 오른쪽에 추걸이를 실로 연결한다.

②.