본문/내용
5. 원심력
1. 실험 목적과 이론 및 예비 보고서
(1) 실험 목적
원심력이 생기는 이유와 원심력의 크기를 결정하는 요소를 이해한다.
(2) 실험 기구
관성실험 set(회전원판, 경사로, 쇠구슬 2종), 지우개 1개, 포토게이트 2개 1조, 디지털 타이머 1개
(3) 이론 및 예비 보고서
- 2초에 3바퀴 회전하는 물체의 각속도는 얼마인가
- 핵심물리학 3.6을 참조하여 원심력(또는 구심력)에 대한 부분을 이해하고 정리한다.
각속도:
구심력은 원운동하는 물체에서 원의 중심방향으로 작용하는 일정한 크기의 힘이고 물체의 운동방향에 수직으로 작용한다. 구심가속도는 이고, 뉴턴 제 2법칙(F=ma)에 따라서 구심력은 이라고 할 수 있다.
원심력은 회전하는 좌표계에서 관찰되는 관성력으로, 회전 중심에서 바깥방향으로 작용하는 힘이다. 즉, 구심력과 크기가 같고 방향이 반대인 가상의 힘이다.
- 아래 그림과 같이 30도로 기울어진 원뿔 내부를 m=0.1 kg의 쇠구슬이 원뿔 내 높이 10 cm 지점에서 원운동을 하고 있다. 이때 쇠구슬의 속력과 회전 각속도를 각각 예측해보라.
2. 회전속도 측정하기
(1) 관성실험장치의 회전 방향을 설정한 후, 속도조절기를 천천히 돌려 일정한 회전속도를 얻는다. 이 회전속도를 정확하게 측정하는 방법을 고안해보라. 포토게이트와 디지털 타이머를 사용가능하다.
속도기 한 쪽에 메모지를 부탁시킨다. 이후 속도 조절기를 천천히 돌려 회전시킨다. 포토게이트를 통해 반 바퀴 회전하는 동안 걸린 시간을 측정한다. 반 바퀴/걸린 시간을 계산한다면 회전속도와 각속도를 정확하게 측정할 수 있다.
(2) 측정한 회전속도를 다음의 단위로 각각 나타내보라.
초당 회전수:
각속도:
3. 직선 경사로와 원심력
(1) 아래와 같이 직선 경사로 위에 쇠구슬 1개를 올려놓는다. 회전속도를 점점 크게 하면, 쇠구슬이 어떻게 움직일지 예측해보라. 쇠구슬이 경사면의 중간 부분에서 머무르도록 할 수 있을까
머무를 수 있다고 생…
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