물리학실험 - f=ma와 마찰력 측정

물리학실험 - f=ma와 마찰력 측정

1)실험 목적
의 관계를 실험을 통하여 알아본다.

2)실험 이론
물체의 가속도는 물체가 받은 힘의 크기에 비례하고, 질량에 반비례한다. 이것을 Newton의 제2법칙이라고 한다.

(1)

이다. 이때, 는 외부에서 물체에게 가해지는 힘의 합력이고, m은 물체의 질량, a는 물체의 가속도이다.
물체 이 받는 힘은 수직방향과 수평방향으로 나눌 수 있는데 수직방향의 힘은 서로 상쇄되어 0이 된다. 남은 힘은 장력 뿐이므로

(2)

가 된다. 물체 이 받는 힘은 장력 와 중력 이고, 장력 는 물체 이 받는 장력과 동일하다고 볼 수 있다. 따라서

(3)

이다. 이 두 식을 더하면 장력 를 상쇄할 수 있고 가속도 를 구하면

(4)

이다.
물체 이 받는 힘을 살펴보면, 모든 힘이 상쇄되어 만 남게 된다. 따라서, 는 다음과 같이 적용할 수 있고

(5)

여기서 가속도 를 구하면

(6)

이 된다.

3)실험장치 및 기구
Photogate, 글라이더, 에어트랙, 추, 추걸이, 전자저울

4)실험방법
A. 마찰이 없는 경우
(1) 에어트랙의 수평을 맞춘다.
(2) photogate를 pulse mode로 맞춘 뒤 두photogate의 간격을 50cm로 맞춘다.
(3) 질량 20g추를 추걸이에 끼워 글라이더에 연결한다.
(4) 에어트랙을 작용시켜 에어트랙의 마찰을 없앤다.
(5) 초속도가 0이 되도록 글라이더를 photogate 바로 앞에 놓고 출발 시킨다.
(6) 실험을 3번 반복하여 평균값을 구하여 기록한다.
(7) 글라이더에 추20g씩을 추가하며 실험을 반복한다. 이때, 같은 질량의 추를 글라이더의 양쪽에 올려놓아야 한다.

B 마찰이 있는 경우
(1) A번과 똑같은 방법으로 실험 을 하되 에어트랙을 끈상태로 실험을 한다.
(2) 이때, 글라이더에 추를 추가하지 않고, 추걸이에는 100g의 추를 달아 실험을 한다.
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