일반물리학실험 - 원운동과 구심력

일반물리학실험 발표원운동과 구심력
목차
1.실험목적
2.실험원리
3.실험 기구 및 재료
4.실험방법
5.측정값
6.실험결과
7.질문 및 토의
8.결론 및 검토
9.참고문헌 및 출처
1.실험목적

원운동을 하는 물체의 질량, 운동반지름, 그리고 구심력 사이의 관계를 알아보고 여러 변수들이 원운동을 하는 물체의 구심력에 미치는 영향을 알아본다.
2.실험원리
그림1과 같이 점O를 중심으로 반지름 r로 등속 원운동을 하는 질량이 m인 물체를 생각해보자.

그림1에서 와 는 각각 점 p,q에서 물체의 속도이다. 와 의 크기는 v로 같지만 방향은 다르다. x축과 y축 성분을 알아보면 다음과 같다.
물체가 점 p에서 점 q로 움직이는 데 걸리는 시간은

이므로 물체의 가속도 성분은 다음과 같이 주어진다.

점 p와 q가 점점 가까워져 점 s근처에서 만난다고 생각하면 각 가 작아져서 되므로, 점 s에서 물체의 가속도 는
가 된다 여기서 (-)부호는 점 에서 아래로 향하는 것을 의미하는 데 원의 중심을 향하는 것이다. 원운동을 하는 물체의 속도와 가속도 방향은 아래와 그림 2와 같다.

위에서 구한 구심 가속도를 이용하여 물체에 작용하는 구심력을 구하면
이다. 가속도를 w라 하고 한 번 회전하는데 걸리는 시간 즉 주기를 T라 하면 각속도와 속도는 각각 다음과 같이 주어진다.

이것을 에 대입하면 구심력

로 나타내어진다. 구심력 측정 실험 장치에서 회전대를 회전시키면 물체에 작용하는 원심력과 중앙 지지대에 달린 용수철이 당기는 힘(구심력)이 같아지는 지점에서 물체는 일정한 반경을 중심으로 원운동을 하게 된다. 원심력과 구심력이 같아지는 지점을 측면 지지대의 수직선과
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