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물리실험 힘의평형

등록일 : 2014-09-01
갱신일 : 2014-09-01


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물리실험 힘의평형


힘의 평형 실험

[힘의 합성대]

□ 목 적
힘의 합성대를 이용해서 3개의 힘이 평형이 되는 조건을 구하고, 이를 도식법과 해석법으로 비교 분석한다. 그리고 평형의 조건을 이용하여 양팔 저울로 실제 휴대폰의 무게를 측정하여 벡터의 합과 차를 이해한다.

□ 이 론
물체의 평형상태라 함은 물체가 원래의 상태를 변함없이 계속 유지하고 있는 것을 의미하고, 정지상태, 등속 운동 상태등의 모든 경우를 뜻한다. 따라서 여러 힘을 받고 있는 물체가 평형상태에 있으려면 다음과 같은 두 가지 조건이 필요하다.

⑴ 제 1 평형 조건 : 선형적인 평형상태, 즉 정지 혹은 등속 직선 운동상태를 유지하기 위해서는 모든 외력의 합이 0이 되어야 한다.
⑴ 제 2 평형 조건 : 회전적인 평형상태, 즉, 정지 또는 등속 회전 운동상태를 유지하기 위해서는 임의의 축에대한 모든 힘의 모멘트, 즉 토크의 합이 0이 되어야 한다.
힘과 같이 크기와 방향을 나타내는 벡터의 합성은 다음과 같은 방법으로 구할 수 있다.

⑴ 도식법에 의한 벡터 합성
두 벡터 , 에 대하여 합을 구하는 도식법은 와 를 서로 다른 두 변으로 하는 평행 사변형을 그려 그 대각선의 크기와 방향을 두 벡터의 합으로 구할 수 있다.
벡터가 3개 이상 존재하는 경우 두 개씩 평행사변형을 그려 힘의 합력을 구할 수 있다.


⑵ 해석법에 의한 방법
해석법에 의한 방법은 삼각함수에서 cosine 정리를 이용하거나 좌표계를 그려서 나타나는 각 성분별로 더하는 방법이 있다.

위의 그림에서 합 벡터 R의 크기와 방향각 ψ는 다음과 같이 구할 수 있다.
=, tan=

□ 추가 이론조사 : 벡터(정의, 합/차 구하는 방법)

□ 기구 및 장치
⑴ 힘의 합성대
⑵ 고리와 실
⑶ 추걸이와 추

□ 실험 방법
⑴ 수준기를 사용하여 합성대의 …(생략)
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