[일반물리] 에어 트랙

에어 트랙

1. 목적

마찰이 없는 수평 미끄럼판에서 운동하는 물체의 여러 가지 역학적 현상을 관찰한다.

2. 이론

에어 트랙(air track)은 압축 공기를 수많은 작은 구멍을 통하여 분출시켜 활차(glider)를 뜨게 함으로써 활차가 마찰이 없이 움직이게 만들어 주는 장치이다. 따라서 마찰이 없는 이상적인 조건 하에서 물체의 병진운동, 진동, 충돌 등을 관찰할 수 있으며, 이와 관련된 여러가지 역학 법칙 및 보존 법칙 등을 확인할 수 있다.

[ Newton의 운동 제2법칙]

본 실험에서는 일정한 힘에 의하여 일직선상에서 미끄러지는 에어 트랙 위의 활차의 운동을 관찰함으로써, 아래 식으로 주어지는 Newton의 운동 제2법칙을 실험적으로 확인하기로 한다.
(1)

질량의 활차에 작용하는 일정한 힘는 실의 장력에 의하여 주어진다. 이 활차와 질량이 인 추가 팽팽히 붙어서 움직이므로 같은 크기의 가속을 받는다. 그러나 이 두 물체의 질량이 다를 경우 작용하는 힘은 다르다. 각각에 대한 Newton의 운동 방정식
(2)
로부터 실의 장력 를 소거하면 다음의 가속도를 얻는다.
(3)
즉, 뉴턴의 제2법칙이 성립하면 가속도의 값은 식 (3)의 우변에서 계산되는 값이어야 한다.

이제 순전히 가속도의 정의에 입각하여 이 가속도의 값을 (실험을 통하여) 구해보자. 일정한 힘이 작용할 때, 질량의 활차가 정지 상태로부터 출발하여 시간 동안에 움직인 거리가 라고 하면, 등가속도 운동이므로, 다음 관계식이 성립한다.
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