일반물리학 - 힘의 평형 실험
1. 제 목 - 힘의 평형
2. 목 적
힘의 합성대를 이용하여 몇 개의 힘이 평형이 되는 조건을 연구하고, 이를 도식법과 해석 법으로 비교 분석한다.
3. 실험원리
물체가 평형상태에 있다는 것은 그 물체가 외부로부터 힘을 받지 않아서 그 상태를 유지하고 있는 것을 의미한다. 이러한 경우는 정지상태, 등속직선 운동상태, 등속회전 운동상태 등의 모든 경우를 뜻한다.
힘은 크기와 방향을 같는 벡터량이다. 이 벡터로 나타내지는 힘의 합성은 임의의 물체에 여러개의 힘이 작용할 때 여러 개의 힘이 동시에 작용하여 나타나는 것을 하나의 힘으로 표현하기 위한 것이고, 반면 힘의 분해란 물체에 하나의 힘이 작용하는 것을 여러 개의 힘으로 나누어 표현하기 위한 것이다. 따라서, 여러 힘을 받고 있는 물체가 있는 평형상태에 있으려면 다음과 같은 두 가지 조건이 필요하다.
(1) 제 1평형조건 : 선형적인(정역학적) 평형상태, 즉 정지 또는 등속직선 운동상태를 유지하기 위해서는 모든 외력의 합이 0이 되어야 한다. 이를 수식으로 나타내면
(1)
이 된다.
(2) 제 2평형조건 : 회전적인(동역학적) 평형상태, 즉 정지 또는 등속직선 운동상태를 유지하기 위해서는 임의의 축에 관한 모든 힘의 모멘트, 즉 토오크()의 합이 0이 되어야 한다. 이를 수식으로 나타내면
(2)
이 된다.
이 실험에서는 질량중심의 평형상태를 다루므로, 제1 평형조건만 만족하면 된다. 그리고, 문제를 간단히 하기 위해서 모든 힘이 한 평면상에서 작용하도록 하였다. 한편, 벡터의 합을 구하는 데는 기하학적인(작도법)방법과 해석법이 있다.
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2013.12.26
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