[자연과학][일반물리학 실험] 마찰계수 측정

[일반물리학 실험] 마찰계수 측정

1. 실험 목표

마찰력의 종류를 알고 마찰력의 크기를 다르게 하는 원인을 분석하고, 마찰계수를 구할 수 있다.

2. 실험 원리

한 물체가 다른 물체와 접촉하여 상대적인 운동을 하려고 할 때, 또는 상대적인 운동을 할 때, 그 접촉면의 접선방향으로 운동을 방해하는 힘을 마찰력이라 한다.
마찰력은 물체가 정비해 있거나 움직이고 있는 경우에 따라서 정지 마찰력과 운동 마찰력으로 구분한다. 그림 1.11.1은 물체에 작용하는 힘과 운동 상태를 나타내었다. 마루에 있는 무거운 상자를 밀 때, 어떤 한도의 힘에 이르기까지는 상자가 움직이지 않는다. 일단 상자가 움직이기 시작하면, 처음 상자를 출발시킬 때 필요했던 힘보다 더 작은 힘으로 상자를 움직이게 할 수 있다. 즉 그림 1.11.1에서와 같이 점차로 작용하는 힘은 증가하여 한 정점을 이루고 운동시에는 그 힘이 작아졌다. 그러한 정점을 최대정지 마찰력이라 하고 그 이후에는 운동마찰력이 작용함을 보여준다. 마찰력의 크기는 접촉면의 크기(면적)에는 무관하고 접촉면의 상태(재질, 거칠기 등)에 따라 달라지며, 또한 접촉면에 수직…(생략)

3. 실험 기구 및 장치

① 마찰계수 측정 장치

② 물체(각기 다른 면)

③ 추걸이와 추

4. 실험방법

1) 수평면상에서의 마찰계수

① 정지 마찰계수: 그림 1.11.2과 같이 수평면 B 위에 무게 인 물체 A를 올려 놓은 후 실과 추걸이를 도르래를 거쳐 연결한다. 물체가 움직이기 시작할 때까지 추걸이에 추를 증가시켜 이 때의 추의 무게 (추걸이 무게도 포함)를 측정한다. 최대 정지마찰력 는 측정한 와 크기가 같고, 또 물체 A에 작용하는 수직항력 은 무게 와 그 크기가 같으므로 식

② 운동마찰계수: 물체가 등속운동을 하도록 힘을 가해 주었을 때(물체를 약간 밀어서 움직이게 하여 눈짐작으로 등속운동이 되게 하거나 등속운동을 정확히 알려면 시간 기록계를 사용한다.) 물체에 작용하는 힘, 즉 취의 무게 g를 측정한다. 운동마찰계수 는 식 에 의하여 구한다.

2) 경사면상에서의 마찰계수 측정

① 미끄러져 내리는 경우: 그림1.11.3과 같이 마찰이 있는 면 위에 물체를 놓고 기울이면 물체에 따라 특정 기울기가 되었을 때 물체가 미끄러진다. 이것은 물체에 작용하는 중력(〓물체의 무게) W의 빗면에 평행한 분력 가면의 기울기 와 함께 증가되어 마찰력이 최대정지마찰력에 도달한 후에는 빗면에 평행하게 작용하는 힘 가 보다 크게 되어 물체는 미끄러지게 된다. 빗면에서 물체가 미끄러지기 시작하는 순간의 경사각(마찰각)을 라고 하면 정지마찰계수 는

② 끌어올리는 경우: 무게 인 물체를 그림 1.11.4와 같이 장치한다. 그림 1.11.4에서 와 은 물체의 무게인 의 비탈면에 대한 수평분력과 수직분력이다.