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 Air Track을 이용한 가속도 측정[뉴턴의 제 2법칙] |
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| 소개글 |
Air Track을 이용한 가속도 측정[뉴턴의 제 2법칙] |
| 요약 |
실험 목적
마찰이 없는 수평 미끄럼판에서 운동하는 물체의 여러 가지 역학적 현상을 관찰한다.
실험 원리
물체의 관심을 거슬러 정지해 있는 물체에 속도를 주거나, 운동하고 있는 물체의 속도나 방향을 바꾸려면 그 물체에 힘을 가하지 않으면 안된다는 것을 알았다. 여기서 힘과 가속도와의 관계를 역학 수레의 직선 운동이나 원운동, 그 밖의 운동에 대하여 힘과 질량을 달리해서 생기는 가속도를 알아보면,
<물체에 힘이 작용하면 힘의 방향으로 가속도가 생기고, 가속도의 크기는 물체에 작용하는 힘의 크기에 비례하며, 물체의 질량에 반비례한다.>
는 것을 알 수 있다. 이것을 운동의 제 2법칙 또는 뉴턴의 운동 법칙이라 한다.
물체의 질량 m, 물체에 작용하는 힘을 F, 생기는 가속도를 a라고 하면,
로 나타낼 수 있다. 여기서 k는 비례 상수이며, 단위에 따라 그 값이 정해진다.
힘의 단위
힘의 단위로서 지금까지 kg중이나 g중 등을 사용해 왔다. 여기서는 (1)식의 비례상수 k가 1이 되도록 새로운 힘의 단위를 도입해 보자.
질량 1kg인 물체에 1m/s2의 가속도를 생기게 하는 힘의 크기를 1뉴턴이라 하고, 1N이라고 쓴다.
1[N] = 1[kg] × 1[m/s2]
1N을 이렇게 정하면 질량 2kg인 물체에 1m/s2의 가속도를 생기게 하려면 2N의 힘이 필요하고, 질량 2kg인 물체에 3m/s2의 가속도를 생기게 하려면 6N의 힘이 필요하다.
일반적으로, 질량 m[kg]인 물체에 작용하여 a[m/s2]의 가속도를 생기게 하는데 필요한 힘을 F[N]이라고 하면, F = ma이다. 이것을 운동방정식이다.
에어트랙(air track)은 압축 공기를 수많은 작은 구멍을 통하여 분출시켜 활차(glider)를 뜨게 함으로써 활차가 마찰이 없이 움직이게 만들어 주는 장치이다. 따라서 마찰이 없는 이상적인 조건하에서 물체의 병진운동, 진동, 충돌 등을 과찰할 |
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