[자연과학] 일반물리학 실험 - 마찰계수 측정

마찰계수 측정 1. 목적 두 물체의 표면 사이에 작용하는 운동마찰계수와 정지마찰계수를 측정한다. 2. 기구 경사면 장치, 나무토막(4종), 질량추 3. 이론 두 물체가 접촉한 상태로 상대운동을 하면 그 운동을 방해하려는 마찰력이 작용하는데 마찰력 의 방향은 운동방향의 반대이고, 그 크기는 접촉표면에 작용하는 법선력 에 비례한다. (1) 으로 표현되고 이 때 를 운동마찰계수라고 한다. 수평력 를 가하여 물체를 움직이게 할 때 물체가 등속운동을 하게 되면, (2) 로 두 힘이 평형상태를 이룬 경우이므로 (3) 이다. 또는 이 실험의 경우 은 물체의 무게 와 같으므로 (4) 로 구할 수 있다. 비탈면을 사용하는 경우, 이고, 이므로 식(1)과 식(2)로부터 를 얻는다. 즉 가속되지 않게 미끄러지는 경사각 를 측정하면 를 구할 수 있다. 정지해 있는 물체를 움직이려면 일정한 힘 이상을 가해야만 가능하다. 이 때 를 최대정지마찰력이라고 하며 그 크기는 법선력 에 비례한다. (5) 여기서 를 정지마찰계수라고 부른다. 최대정지마찰력을 측정하기 위하여 비탈면을 사용하는데, 를 증가시켜 물체가 움직이기 시작할 때가 바로 중력에 의한 수평력 가 최대정지마찰력 와 같은 때이다. 이 때 법선력은 이고, 수평력은 이므로 (6) 에서 (7) 로 의 측정치로부터 정지마찰계수를 얻을 수 있다. 4. 방법 a) 경사면을 수평으로 하여 테이블 가장자리에 설치하고 나무토막을 경사면 위에 놓은 후 줄로 도르래를 거쳐 추걸이와 연결한다. b) 추걸이에 나무토막이 움직이지 않을 정도로 적당한 추를 올려놓은 후 토막을 살짝 밀어보아 가속 혹은 감속되는 지를 살핀다. 등속운동이 되도록 추의 무게를 변화시킨다. 이 과정을 여러 번 반복한다. c) 표면의 거칠기가 다른 나무토막으로 바꾸어 위의 실험을 반복한다. d) 위 실험결과를 평균하여 얻은 각각의 추걸이 쪽의 무게 와 법선력 으로부터 그래프…
d) 위 실험결과를 평균하여… `측정값`