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| 소개글 |
일반물리실험 - 힘의 평형 |
| 요약 |
실험 2. 힘의 평형
1. 목적
힘의 벡터 합성과 분해 그리고 여러 힘의 평형 조건을 실험한다.
2. 원리
물체의 평형상태는 물체가 원래의 상태를 변함없이 계속 유지하고 있는 것을 의미하며, 정지상태, 등속직선 운동상태, 등속회전 운동상태 등의 모든 경우를 뜻한다.
질량중심의 선운동량 가 일정하고 질량중심이나 임의의 점에 대한 각운동량 도 일정한 경우, 물체들이 평형상태에 있다고 한다. 따라서 평형상태가 되기 위한 두 가지 조건은 다음과 같다.
= 상수, = 상수 (식 1)
(식 1)의 조건 ‘ = 상수’인 경우는 선형적인 평형상태, 즉 정지 또는 등속직선 운동상태를 유지하기 위해 모든 외력의 합이 0인 상태이다. ∑F=0이며, 이를 제 1 평형조건이라 한다.
(식 1)의 조건 ‘ = 상수’인 경우는 회전적인 평형상태, 즉 정지 또는 등속회전 운동상태를 유지하기 위해 임의의 축에 관한 모든 힘의 모멘트, 즉 토크의 합이 0인 상태이다. ∑=0이며, 이를 제 2 평형조건이라 한다.
이 실험에서는 질량 중심점(질점)의 평형상태를 다루므로, 제 1 평형조건만 만족하면 된다. 편의를 위해 모든 힘이 한 평면상에서 작용하도록 하였다. 힘은 그 작용하는 방향과 크기를 모두 기술해야 하는 벡터량이므로 한 점에서 작용하는 여러 힘의 합력은 벡터합으로 합산해야 한다. 벡터합을 구하는 방법으로는 도식법(작도법)과 해석법이 있다.
1) 도식법에 의한 벡터합성
벡터의 기하학적인 합을 구하기 위한 두 가지 일반적인 작도법으로는 다각형법과 평행사변형법이 있다. 다각형법은 두 개 이상의 벡터에 쉽게 적용될 수 있으므로 보다 유용한 방법이다. 각각의 경우에서 벡터의 크기는 선분의 길이에 의해서 나타난다. 방향은 선분의 끝에 있는 화살표에 의해 나타난다.
-평행사변형법
평행사변형법은 두 벡터를 합성할 때에 유용하다. (그림 1)은 한 점 O에 작용하는 세 벡터 A, B, C를 표시한 것이다. 여기서, 벡터는 힘이라고 생각하며, 이 방법은 모든 벡터량에 대해서 동등하게 |
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