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힘의 평형과 합성

등록일 : 2010-04-22
갱신일 : 2010-04-23


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힘의 평형과 합성 - 미리보기를 참고 바랍니다.
1. 목적
힘 평형장치를 이용하여 여러 힘들의 평형이 되는 조건과 힘의 분해와 합성에 대해서 알아본다.

2. 이론
* 평형
물체에 힘이 작용하면 물체의 운동 상태가 변하거나 모양이 변하는 효과가 나타나야 한다. 그러나 물체의 한 점에 두 개 이상의 힘이 작용하고 있는데도 불구하고 물체가 정지해 있거나 운동 상태의 변화가 없을 때(등속직선상태, 등속회전운동상태), 물체에 작용하는 이 힘들은 평형을 이루고 있다고 하고 물체는 평형 상태에 있다고 한다. 여러 힘이 평형을 이룬다는 것은 합력(∑F, 알짜힘)이 0이라는 뜻이며, 물체가 힘의 평형 상태에 있을 때 물체는 정지 또는 등속도 운동을 한다.

- 힘의 평형의 원리 : 물체의 한 점에 두 개 이상의 힘이 작용하는데도 물체의 운동 상태의 변화가 없거나 정지해 있을 때 힘은 평형을 이루었다고 한다.

(1) 두 힘의 평형
동일 작용선 사에서 크기가 같고 방향이 반대인 두 힘은 서로 평형을 이룬다. 다시 말해서 한 점 P에 작용하는 두 힘 F₁,F₂가 평형을 이룰 때 다음의 관계가 성립된다.
F₁+F₂=0, 즉 F₁=―F
이렇게 평형을 이루면 힘의 합력이 0이므로 물체에 대한 힘의 효과는 물체에 힘이 작용하지 않는 것과 같다.
이때 두 힘의 작용점이 일치하지 않아도 작용선만 일치해도 평형 상태는 유지된다. 즉, 두 힘의 작용점을 작용선 위에서 아무 곳에나 이동시켜도 된다.

(2) 세 힘의 평형
물체의 한 점에 세 힘 F₁,F₂,F₃가 작용하여 물체가 평형을 이룰 때에는 합력이 0이 되어 F₁+F₂+F₃= 0의 관게가 성립한다. 한 점에 작용하는 세 힘 F₁,F₂,F₃가 평형을 이루기 위한 조건은 다음 3가지 조건 중 어느 한 가지가 성립하면 된다.
(1)임의의 두 힘의 합은 다른 한 힘과 크기가 같고, 방향이 반대이며 같은 작용선 상에 있다.
(2)세 힘을 차례로 평행 이동하면 폐삼각형이 된다.
F₁+F₂=―F₃, 또는 F₁+F₂+F₃=0
(3)F₁과 F₂…(생략)

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