물리학 실험 - 자유낙하 실험

물리학 실험 – 자유낙하 실험

1. 실험목적
포토게이트 통하여 떨어지는 피켓펜스(picket fence)의 낙하시간을 측정함으로써 중력가속도를 측정한다.

2. 원리
자신 이외의 다른 아무것에도 영향을 받지 않는 (이를 물리학에서는 고립되었다고 부른다.) 물체는 운동상태를 보존한다. 즉, 정지해 있던 물체는 계속 정지해 있고, 운동하던 물체는 등속도로 운동을 계속한다. 자연의 이러한 특성을 관성의 법칙(law of inertia)이라고 하며, 이러한 물체의 성질을 관성(inertia)이라고 부른다. 물체마다 관성의 정도가 다른데 그 정도를 정량적으로 나타낸 것이 질량(mass), 더 정확하게는 관성질량(inertial mass)이다.
물체의 운동상태를 변화시킬 수도 있는데 그 요인을 힘(force)이라고 하며 운동상태의 변화는 가속도로 나타낸다. 이 힘과 가속도 사이의 관계를 뉴턴(Newton)의 제 2법칙이라고 부른다.
물체의 운동상태를 기술하는 기본적인 물리량은 속도 v 이다. 물체의 운동상태의 변화는 시간당 속도의 변화량 즉, 가속도 a로 나타낸다. 물체에 힘이 작용하면 얼마만한 가속도가 생길까 이 질문은 물체의 운동에 관한 자연의 성질을 묻는 것이기도 하지만 또 다른 한편으로는 자연의 성질(법칙)을 이용하여 우리가 사용할 힘을 정하는 힘의 정의식이기도 한다. 뉴턴이 발견한 운동법칙은 물체에 가해진 힘 F와 힘에 의한 물체의 가속도 a 사이에 비례관계

F=ma ------ (1)

를 갖는 힘을 정의하며, 이 때 비례상수 m이 물체의 (관성)질량이다.
특별히 힘 F가 일정한 경우에는 식 (1)에 따라서 물체의 가속도도 일정하고(물체의 질량 m이 속도에 무관하게 일정한 경우), 따라서 시간 t 에서의 물체의 속도 v는

v=v0+at ------ (2)

이다. 여기서 v0는 시간 t=0 에서의 물체의 속도를 가리킨다.
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