일반물리학 실험 - 힘의 평형과 합성

실험제목
힘의 평형과 합성

1. 실험목적

힘평형장치를 이용하여 여러 힘들의 평형이 되는 조건과 힘의 분해와 합성에 대해 알아본다.

2. 실험원리
본 실험은 한 입자에 작용하는 세 힘의 평형을 생각하므로 선형적 평형상태를 만족하면 된다.(식1) 또한 실험을 간단히 하기 위해 모든 힘이 한 평면상에서 작용하도록 하였다.그리고 힘은 벡터량으로 힘의 평형 조건은 벡터의 분해와 합성으로 구할 수 있고 여기에 작도법과 해석법을 작용한다.
식 1

1) 작도법에 의한 벡터 합성
[그림2-1]에서 벡터 A와 B는 각각 힘의 크기와 방향을 나타낸다. 그리고 이들의 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.

그림2-1 두 힘의 합성

두 개 이상의 힘의 합력을 구할 때는 [그림 2-2]와 같은 다각형범을 이용하여 구한다.

그림2-2. 여러 힘의 합성

2) 해석법에 의한 벡터 합성
두 힘 A와 B가 이루고 있는 각을 라 하면, 두 힘의 합(A+B)는 sin과 cos의 삼각법칙에 의해서 식2와 같이 되며

식 2

주어진 각 는 식3이 된다.

식 3

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