힘의 평형

목차

1. 실험제목

2. 실험 원리 및 내용

3. 실험 방법

4. 실험 결과

5. 토의및 평가

6. 참고문헌

본문내용

가락지에 3개의 모든 추가 실을 통해 동시에 걸림으로서 가락지와 실의 마찰력도 측정값에 영향을 끼칠 수 있다.
우리가 실험할 때 역시 여러요인이 작용하여 실제로는 평형이 이루어지지 않았음에도 가락지를 튕겨서 평형을 관찰하면 실이 움직이지 않아 마치 힘이 평형을 이룬 것 같은 착각을 일으켰다.
또 추걸이 역시 수직으로 있어야 방향 때문에 정확한 벡터값과 일치한다고 볼수 있지만, 실제는 기구 자체가 수준기로 평형을 맞추었어도 기기의 정교성이 떨어지거나 기기를 직접 만지는 과정에서 실제로 수직을 이루기 힘들었다.
추를 잡고 있는 실의 영향도 있을 수 있다. 실의 무게가 추의 무게에 비해 무시할 수 없으면 실도 고려가 되어야 하기 때문이다. 또 추의 무게에 의한 원심력에 의해 실이 탄성체처럼 거동하는 경우도 있을 수 있다. 실의 무게는 일정해야 하는데 무거운 추에 의해 실이 과장하여 고무줄처럼 길이 방향으로 변형이 생길 수 있다.
그리고 중요한 오차원인중의 하나는 도르레의 관성모멘트 때문이다.
여기서 도르레밑에 추가 달려있는데 도르레는 회전운동을 한다. 관성모멘트란(moment of inertia)흔히 회전운동에서 질량에 대응하는 개념이다. 모든 운동은 직선운동과 회전운동으로 나눌수 있는데, 직선운동에서는 물체의 주체가 질량이고 회전운동에서는 물체의 주체가 관성모멘트가 된다. 즉 질량이 큰 물체일수록 힘을 많이 줘야 움직이고 관성모멘트가 큰 물체일수록 모멘트를 많이 줘야 돌아간다는 뜻이다.
이 힘의 합성대에서는 도르레가 있기 때문에 직선운동을 한다고 보기 어렵다. 여기서는 마찰도 물론 오차에 영향을 끼쳤겠지만, 실과 도르레 사이의 마찰력은 무시할 수 있을 정도로 무척이나 작은 값이다.
왜냐하면, 억지로 실을 잡아당겨서 풀리는것이 아니라 슬슬 풀리는 것이기 때문이다. 마찰력이라고 하는건 땅에서 물건을 잡아 당기는 상황을 예로 들면, 땅과 물건이 서로 맞닿아 있는 상황에서 움직이기 때문에 마찰력이 강하게 작용한다. 하지만 실을 물건이라고 놓고 도르레를 땅이라고 놓으면, 물건을 위로 들어 올리는 꼴이지 물건을 잡아당기는 꼴이 아니다.
도르레에 대한 주요 저항의 원인은 도르레가 가지고 있는 고유의 질량 모멘트(I)가 원인이 되는 것이다.
실험을 할 때, 도르레가 가지고 있는 질량 모멘트를 무시하기 때문에 오차가 난 것이다.
평형이란 모든 힘의 합이 0이 되는 것을 의미한다. 물체에는 여러 방향의 힘이 작용한다. 인위적인 힘일수도 있고, 건설물이라면 자연적인(바람등) 힘일수도 있다. 그 힘에 대해 저항하는 힘 즉 반력이 없다면 우주에서 공던지는 것처럼 무한대로 날아갈 것이다. 역학에서는 그것을 방향과 크기의 형태인 벡터모양으로 보기좋게 수식으로 나타냈고, 외부적인 외력에 저항하는 반력의 크기와 방향이 같을때 0인 상태가 된다. 0이란 말그대로 딱 외력에 견디는 순수한 상태의 반력을 의미한다.
또 힘의 평형에 관한 실제 생활에서의 몇가지 응용에 대해 생각해 보았다. 우선 항공기에서 비행기가 수평으로 나는 것은 날개의 양력이 비행기에 작용하는 중력과 평행하기 때문이다. 다리건설에서도 올림픽 대교는 다리밑을 지탱하는 기둥이 없지만 강한 여러줄들이 다리를 잡아당기는 힘과 다리에 작용하는 중력이 평형을 이루기에 무너지지 않는다. 스카이 다이빙에서도 중력과 공기저항력이 평형을 이루게 되면 종단속도 이상으론 가속 되지 않는다. 마지막으로 자기부상열차도 자석의 같은 극끼리 밀어내는 척력과 중력의 평형을 이용한 예이다.
6. 참고문헌
(자연과학개론)물리 - 한빛지적소유권편집실 편저 한빛지적소유권센터 1997
응용역학 - 박경현 ; 권준현 ; 류효진 [공]편저 청운문화사 2004

키워드

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