물리실험 - 힘의평형과 합성

1.이론
*힘의 평형(힘의 平衡, force equilibrium)
물체에 여러 가지 힘이 작용하고 있을 때, 합력(合力: Net force)이 0인 경우 힘이 평형을 이루고 있다고 말한다.

① 두 힘의 평형

동일 작용선상에서 두 힘이 크기가 같고 방향이 반대이면 평형을 이룬다. 이렇게 평형을 이루면 (힘의 합력이 0이다.) 물체에 대한 힘의 효과는 물체에 힘이 작용하지 않는 것과 같다. 이 때 두 힘의 작용점이 일치하지 않아도 작용선만 일치해도 평형 상태는 유지된다. 즉, 두 힘의 작용점을 작용선 위에서 아무 곳에나 이동시켜도 된다.

이것을 식으로 나타내면 다음과 같다.

② 세 힘의 평형

물체의 한 점에 세 힘 가 작용하여 합력이 0이 될 때 세 힘이 평형이 되었다고 한다.

평형을 이룰 때 두 힘의 합이 나머지 한 힘과 크기가 같고, 방향이 정반대이며 같은 작용선상에 있는 경우와 세 힘을 평행이동 했을 때 폐삼각형이 되는 경우가 있다.

③ 여러 가지 힘의 평형

물체의 한 점에 작용하는 힘들의 합력이 0일 때이다. 이 힘들을 방향으로 분해해서 합력을 구해도 된다. 즉, 각 성분의 힘의 합력이 0일 때 평형이 된다.

*벡터(vector)
크기와 방향을 가지고 있는 양으로써 두 가지 정보를 모두 표현할 수 있는 화살표로 나타낸다.

2.실험목적
힘평형장치를 이용하여 여러 힘들의 평형이 되는 조건과 힘의 분해와 합성에 대해서 알아본다.

3.실험원리
1)작도법에 의한 벡터 합성
[그림2-1]에서 벡터 A와 B는 각각 힘의 크기와 방향을 나타낸다. 그리고 이들의 벡터합 또는 합력 (A+B)는 두 벡터를 한 쌍의 변으로 하는 평행사변형을 그려서 두 벡터가 만나는 점으로부터 대각선을 그리거나 첫째 벡터 머리에 둘째 벡터 꼬리를 놓으면 이것이 두 벡터의 합이 되어 합력의 크기와 방향을 나타내게 된다.
두 개 이상의 힘의 합력을 구할 때는 [그림 2-2]와 같이 다각형법을 이용하여 합력을 구한다.
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