[자연과학][물리학 실험] 힘의 벡터합성

[물리학 실험] 힘의 벡터합성
힘의 평형장치를 이용하여 물체에 동시에 작용하는 힘들의 합성을 이해하고 물체가 평형상태에 있는 조건을 찾아서 도식법과 해석법(성분법)으로 비교 분석한다.
준비하기
-준비물
힘의 평형장치(합성대, 원형고리, 추걸이), 수평계, 추(다양한 무게의 추들), 실, 가위, 전자저울, 공학용 계산기, 각도기, 자
↑힘의 평형장치
-선행학습
스칼라양은 크기만으로 정의되는 양이고 벡터양은 방향도 함께 나타내는 양이다.
평형 상태에 있는 물체는 병진운동(정지상태나 일정한 속도로 움직이는 상태)의 평형상태를 유지하기 위한 모든 외력의 합이 0이거나 회전운동(일정한 가속도로 회전)의 평형상태를 유지하기 위한 모든 토크의 합이 0이다.
-의도/추측
크기와 각도를 조절하여 세 물체에 대한 힘의 평형관계를 알아보는 것이며 만약 이때, 무게가 같은 물체를 일정한 각도에 나뉘어 놓으면 평형을 이룰 것이다. 하지만 무게가 다른 물체를 놓는다면 각도가 달라지고 힘이 작용하는 방향을 알 수 있을 것이다. 그 방향을 찾고 크기를 알아보자.
-주의/참고
-실의 무게는 0이라고 가정해야 한다.
-일부 추의 무게가 다를 수 있으니 주의해야 한다.
-각도나 무게 등 눈으로 확인할 수 있는 범위의 유효숫자까지 표시해야 한다.
-라미의 정리
(사인법칙)
동일한 평면상에서 세 힘이 한 점에 동시에 작용할 때, 그 점의 위치가 움직이지 않으면 이들 세 힘은 평형을 이룬다. 평형을 이루는 이 세 개의 힘을 평행이동하면 삼각형을 이룬다. 이를 라미의 정리라고 한다.
-뉴턴N, 다윈dyne (단위표기)
1N〓1kgm/s² 1dyne〓1gcm/s²
1N〓1kgm/s²〓10³g10²cm/s…

1)작도법

1. R값을 구하는 것이므로 구할 수 있는 식을 유추한다.

2. 1에 2의 식을 대입하고 3의 식을 E로 풀어쓴다.

3. 1’에 2‘의 식을 대입한다.

4. 위와 같은 실험을 추의 질량을 바꾸어 가면서 5회 이상 측정한다.

5. 이상의 결과를 작도법과 해석법으로 구하여 측정치와 비교한다.

6. 줄(실)을 고리에 꼭 매고 실험하다 보면 엉기거나 흐트러질 수 있으니 힘의 작용선이 고리의 중심을 잘 조정해야 한다.