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[자연과학] 일반물리학 실험 - 뉴턴의 제2법칙

일반물리학 실험 - 뉴턴의 제2법칙

1. 실험제목
뉴턴의 제2법칙

2. 실험날짜
2009년 6월 24일

3. 실험목적
뉴턴의 제 2법칙을 이용하여 물체에 힘이 작용하여 생긴 가속도와 그 힘과의 관계와 물체의 질량과 가속도와의 관계를 알아본다.

4. 실험원리
줄의 장력T1과 T2는 줄의 질량이 없다고 가정했을 때 같은 크기를 갖는다. 그리고 도르래에 마찰이 없다고 가정하면 줄에 작용하는 접선 성분의 힘은 없다. 책상 위에 벽돌은 수직한 방향으로는 가속도가 없으므로 수직력 Fn과 m1g는 같아야만 한다. 만약 a1이 m1의 수평 성분이라면 뉴턴의 제 2법칙은 다음과 같게 된다.
T 〓 m1a1 ⑴
여기서 T〓T1〓T2는 줄에 걸리는 장력이다. 매달려 있는 벽돌의 가속도는 아래쪽으로 수직하다. 벽돌에 작용하는 힘들은 아래쪽으로 향하는 중력 m2g,그리고 위로 향하는 장력 T2이다. 만약 우리가 아래쪽의 방향을 이 벽돌의 가속도 a₂에 대해 양으로 잡으면 뉴턴의 제2 법칙을 다음과 같이 된다.
m2g- T 〓 m2a2 ⑵

만약 연결된 줄이 늘어나거나 줄어들지 않는다면, 각 벽돌은 똑 같은 속력으로 움직일 것 이다.이 구속은 방정식 ⑴과⑵를 간단하게 만들어 준다. 벽돌의 속력은 같기 때문에 가속도 a₁과 a₂는(방향은 같지 않지만) 크기가 같다. 그 크기를 a라 하자 .그러면
T 〓 m1a ⑶
m2g- T 〓 m2a ⑷
식 ⑷에 있는 T를 방정식 ⑶의 m₁a를 대입함으로써 (또는 간단히 두 방정식을 더 함으로써)T를 소거 할 수가 있다. 그렇게 하면 m2g - m1a 〓 m2a
즉
m₂g 〓 (m1+ m2)a ⑸
를 얻을 수 있다.이 실험에서는 계에 작용하는 힘 F〓 m2g와 질량 m1, m2를 변화시킴으로써 가속도a는 힘 또는 질량과 어떤 관계가 있는지 알아본다.

5. 실험기구
컴퓨터와 Interface, 추와 추걸이, 실과 실걸이, Photo gate2개, Air track과 Glider
Photogate
6. 실험과정
⑴ Interface와 컴퓨터를 작동시킨다.
⑵ 포토게이트를 Interface의 디지털 채녈1과 2에 연결한다.
⑶ Air track에 글라이더를 올려놓고 한쪽 방향으로 가속이 되지 않게 수평을 맞춘다.(Air track 다리에 있는 나사를 돌려 맞춘다.) Air supply에서 나오는 힘 때문에 약간씩 움직일 수도 있다.
⑷ 글라이더에 부착한 트리거판(L)의 길이를 Photogate를 이용하여 측정한다. (측정 방법은 4번 실험의 [그림 4-3]을 참고한다.
⑸ Air track 위에 있는 Glider를 움직여서 첫 번째 Photogate를 작동시키고 두 번째 또한 Photogate를 작동시키는 곳까지의 거리 D를 측정하여 [표 5-1]에 기록한다. 이것도 또한 Photogate를 사용하여 거리를 측정한다.
⑹ [그림 5-2]처럼 장치하고 추가 땅에 닿기 전에 양쪽의 Photogate를 통과하도록 실의 길이를 조절한다.
⑺ 바탕화면에 있는 ‘뉴턴의 제2법칙.ds` 파일을 연다.
[실험1. m1일정, m2변화]
⑻ start 버튼을 누른 후 Glider를 손에서 놓고 양쪽의 Photogate를 통과하게 한 후 Air track 끝에 가까이 왔을 때 손으로 잡는다. (Computer 화면상에서 t1→Glider가 첫 번째 Photogate와 두 번째 Photogate 사이를 지나갈 때의 시간, t3→Glider가 두 번째 Photogate를 통화하는 시간을 각각 나타낸다.) 5회 반복한 후, stop 버튼을 눌러 실험을 멈춘다.

⑼ 측정된 시간들을 선택하여 평균값(테이블의 맨 아래에 mean값이 평균값이다.)을 기록한다.
⑽ Glider의 질량


자료출처 http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?xid=a&kid=b&pk=13123252&sid=leesk55&key=



[문서정보]

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