일반물리학 - 구심력측정

1.이론

-이론

마찰없는 수평대에서 원 주위를 움직이고 있는 줄 끝에 달린 물체를 생각하자. 이물체에 작용하는 힘 F는 줄의 장력으로 주어지고 힘 F는 물체에 작용한는 알짜 힘으로 이것이 바로 등속 원운동을 하게 하는 구심력이다
이때 구심가속도 ac 이며 뉴턴의 제 2법칙에 의해 구심력 F=mac이다.
따라서 반지름 r인 원궤도를 따라 등속 원운동하는 질량 m인 물체가 받는 구심력 은 다음과 같다.

여기에는 v는 물체의 속도이고 w는 각속도이다.(v=rw) 속도와 주기 사이에는 다음과 같은 관계가 있다.

따라서 구심력을 주기의 함수로 나타내면 다음과 같다.

또 수식을 r에 대해 나타내면 다음과 같다.

-실험방법

물체의 질량M을 측정후 표에 기록한다. 물체의 세로기둥을 메달고 한쪽 고리는 중심기둥의 용수철에 반대쪽 고리는 회전대의 끝에 있는 있는 도르래를 통해 추에 매단다. 세로 기둥의 위치를 고정시키고 세로기둥과 중심기둥 사이의 거리r을 측 정하여 기록한다.
회전 장치의 전원을 연결한다. 플러그가 꽂혀있는지 확인하고 Power supply의 전원을 켠다. 검출기의 전기꽂이를 220 V 전원 콘센트에 꽂으면 발광 표시기 (LED)에 0000 불이 들어온다. 검출기의 맨 왼쪽 스위치를 움직여 PEND 방식에 놓는다. 물체를 매단 실이 세로기둥에 그어진 수직선과 일치하도록 중심기둥의 용 수철 나사를 조정하고 중심기둥의 지시자의 위치를 조정한다. 추와 추걸이 그리고 도르래를 제거한다. 이때 추의 질량m을 측정하여 기록한다.
일정한 질량에 대하여 회전 반지름과 구심력 사이의 관계를 확인하기 위하여 원 궤도의 반지름과 질량을 바꾸어가며 실험한다.
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