힘의 평형

목차

<실험1> 힘의 측정-후크의 법칙
1. 실험 내용

2. 측정값

3. 실험 결과

4. 결론 및 검토

<실험 2> 더해진 힘의 합력과 평형력
1. 실험내용

2. 측정값

3. 실험 결과

4. 결론 및 토론

<실험 3> 힘의 분해 - 성분
1. 실험 내용

2. 측정값

3.실험 결과

4. 결론 및 토론

<실험 4> 회전력 - 평행력(나란한 힘)
1. 실험 내용

2. 측정값

3. 실험 결과

4. 결론 및 토론

<실험 5> 회전력 - 비 평행력(나란하지 않는 힘)
1. 실험 내용

2. 측정값

3. 실험결과

4. 결론 및 토의

본문내용

면 <실험 2>와 <실험 3>의 방법으로 힘을 합성하고 분리할 수 있다. 그러나, 힘이 작용하는 점이 한 점이 아니라면 물체는 회전을 하게 된다.
이 때, 회전하게 하는 힘을 회전력이라 하고,
τ = Fd (τ : 회전력, F : 작용하는 힘, d : 중심에서의 거리)
이다.
2. 측정값
d1= 0.142m d2 = 0.147m
M1(kg)
d1(m)
M2(kg)
d2(m)
0.07
0.134
0.06
0.155
0.07
0.127
0.05
0.162
0.07
0.116
0.04
0.173
0.07
0.107
0.03
0.182
0.07
0.091
0.02
0.198
3. 실험 결과
F1(N)
d1(m)
τ1(Nm)
F2(N)
d2 보정값(m)
τ2(Nm)
0.686
0.134
0.0919
0.588
0.150
0.0882
0.686
0.127
0.0871
0.490
0.157
0.0769
0.686
0.116
0.0796
0.392
0.168
0.0659
0.686
0.107
0.0734
0.294
0.177
0.0520
0.686
0.091
0.0624
0.196
0.193
0.0378
4. 결론 및 토론
1) 회전력은 물체 질량 중심을 기준으로 해서 회전하는 힘이다. 따라서 양쪽에 물체를 매달에 평행을 이루었다는 것은 양쪽의 회전력이 똑같다는 것을 의미한다. 즉, 평행을 이룬 상태에서 τ값은 같아야 한다. 위의 실험 결과에서 실험에서는 평행을 이루었으나 계산 결과 τ1 값이 τ2 값 보다 크게 나타난다는 것을 알 수 있다. 이 것은 실험시 추걸이의 무게를 포함시키지 않은 것에 기인할 수도 있다. 그러나, τ1 = τ2 가 되기 위해서는 F2의 값이 각각 0.0248, 0.0649, 0.0817, 0.121, 0.127 더 증가해야한다. 다시 말해서 각 실험에서 오차가 힘에 의해서 생기는 오차의 크기가 다르다.
다음으로 길이를 잘못 측정함으로써 오차가 발생했다고 가정을 할 수 있다. 그러나 실험자로서 1cm이상 길이를 잘못 읽은 일은 발생하지 않았다는 것을 자신할 수 있다. 1cm 정도를 잘못 읽었다고 해도 역시 오차의 크기는 별로 줄어들지 않는다. 특히, 마지막 실험에서 발생한 오차가 그렇다.
결론적으로, 실험 결과의 이상치는 τ1 = τ2가 나오는 것이다. 그러나, 실험 결과 많은 오차가 발생했지만, τ값에 영향을 미치는 F와 d는 오차의 원인이 아니다. 따라서, 현재의 데이터만으로는 오차의 원인을 밝히는 것이 불가능하며, 재실험을 통해서 오차의 가능성을 다시 한 번 생각해 볼 수 밖에 없다.
<실험 5> 회전력 - 비 평행력(나란하지 않는 힘)
1. 실험 내용
<실험 4>에서는 막대가 평행을 이루었을 때의 회전력에 대해서 실험을 했다. 그런데, 일반적으로 평행을 이루지 않는 경우가 더 많다. 이럴 경우
τ = Fdsinθ
로 주어진다.
2. 측정값
d1 = 0.067m d2 = 0.222m
M2 = 0.05kg F2 = 0.49N τ2 = 0.11Nm
각( )
F1(N)
30
0.287
40
0.179
3. 실험결과
F1
τ1 (=F1d1sinθ)
(τ1 - τ2)/((τ1 + τ2) / 2)
0.287
0.00961
-1.68
0.179
0.00771
-0.708
4. 결론 및 토의
오차를 생각하기 힘들 정도로 이상한 결과가 나왔다. τ1 값은 평행하지 않은 막대의 수직 성분으로써 τ2와 같은 값이 나오는 것이 이상적이다. 그러나 실험 결과 너무 큰 차이를 보이고 있다. 실험과정 전체가 잘못된 것 같다. 정확한 실험 내용을 모르고 실험한 결과 이런 결과가 발생하였다.
앞으로 실험을 하기 전에 실험 전반에 관해서 공부하는 것이 필요하다.

키워드

원리,   측정값,   결과,   결론,   토론