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일반물리학 실험 - 원운동과 구심력
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원운동과 구심력
■. 실험제목 : 원운동과 구심력
■. 실험목적 : 원운동을 하는 물체의 질량, 운동 반지름, 그리고 구심력 사이의 관계를 알아보고 몇 가지 변수가 원운동을 하는 물체의 구심력에 어떤 영향을 주는 가를 알아본다.
■. 실험원리 :
구심력이란 원운동하는 물체에서 원의 중심방향으로 작용하는 일정한 크기의 힘으로서 . 물체의 운동방향에 수직으로 작용한다.
구심력의 예료서 달이 지구를 중심으로 원에 가까운 궤도를 도는 까닭은 달을 지구 중심으로 끌어 당기는 중력 때문이다. 자동차가 곡선도로에서 회전할 때 바깥쪽으로 튀어나가지 않는 까닭은 자동차 바퀴와 지면 사이에 마찰력이 구심력으로 작용하기 때문이다.
그림 1 : 원운동을 하는 물체의 속도 성분
그림 1에서 는 점 p와 q에서 물체의 속도이다.
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물체가 점 p에서 점 q로 움직이는 데 걸리는 시간은 이므로 물체의 가속도 성분은 다음과 같이 주어진다.
점 p와 q가 점점 가까워져 점 s 근처에서 만난다고 생각하면 가 되므로
점 s에서 물체의 가속도 는 이다. 여기서 부호는 점 p에서 아래로 향하는 것을 의미하는데 원의 중심을 향하는 것이다.
원운동을 하는 물체의 속도와 가속도의 방향은 그림 2와 같다.
그림 : 원운동을 하는 물체의 속도와 가속도
구심력은 이다. 각속도를 라 하고 주기를 라 하면 각속도와 속도는 각각 이다. 이 식을 대입하면 구심력 는 가 된다.
■. 실험기구 및 재료 : 구심력 측정 장치, 초시계(휴대폰), 추와 추걸이, 저울, 실
■. 실험방법 :
[실험 1] 회전 반경 r을 변화시키면서 측정
물체의 질량과 구심력을 일정하게 유지시키고 회전 중심 O에서 물체까지의 거리(반경 r)를 변화시키면서 회전 주기 T를 측정한다.
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2015.02.06
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