일반물리학 실험 - F=ma와 마찰력

1. 실험제목 와 마찰력

2. 실험목적 의 관계를 실험을 통하여 알아본다.

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

이다. 이때, 는 외부에서 물체에게 가해지는 힘의 합력이고, m은 물체의 질량, a는 물체의 가속도이다.

먼저, 각각의 물체가 받는 힘을 이용하여 수식을 세우고 연립해서 수식을 연립하여 가속도를 구할 수 있다.
그림과 같이 물체 이 받는 힘에서 수직방향의 힘은 서로 상쇄되어 0이 된다. 남은 힘은 장력 뿐이므로

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

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

이다.

물체 과 물체 을 하나의 물체 으로 고려하여 가속도 를 구할 수도 있다.
그림에서 물체 이 받는 살펴보면, 모든 힘이 상쇄되어 만 남게 된다. 따라서, 는 아래와 같이 적용될 수 있다.

이 된다.

4. 실험방법

A. 마찰이 없는 경우
1. 에어트랙을 수평으로 맞춘다.
2. 포토게이트를 pulse mode로, 두 포토게이트의 간격을 50cm로 맞춘다.
3. 질량 20g을 추걸이와 함께 글라이더에 연결한다.
4. 에어트랙을 작동시켜 에어트랙의 마찰을 없앤다.
5. 글라이더를 포토게이트 바로 앞에서 출발시켜 초기속도가 0이 되게 하여 실험을 시작한다.
6. 같은 실험을 3번 실시하여 평균값을 구하여 기록한다.
7. 글라이더에 추를 추가하여 글라이더의 질량을 20g씩 증가시키면서 실험을 반복한다. 이때, 평형을 맞추기 위하여 글라이더의 양쪽에 같은 질량의 추를 올려놓아야 한다.

B. 마찰이 있는 경우
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