구심력 측정

소개글

구심력 측정

목차

1. 실험 목적
2. 이론적 배경
3. 실험 과정
4. 실험 결과
5. 오차 및 오차 원인 분석

본문내용

1. 실험 목적
원운동 하는 물체의 질량 및 궤도반지름과 구심력 사이의 관계를 알아본다.

2. 이론적 배경
- 구심력
등속 원운동 하는 물체는 그 속력이 일정하여도 원운동의 중심을 향하는 가속도가 필요
하므로 이 가속도를 생기게 하는 중심 방향의 힘이 물체에 작용하지 않으면 안 된다. 이
힘은 가속도와 같이 항상 원의 중심을 향하므로 구심력(Centripetal Force)이라고 한다.
물체가 원운동을 계속하려면 구심력이 작용해야 하고 이 구심력은 물체의 운동 방향에
직각으로 작용하므로 속도의 방향만을 바꾸어 줄 뿐 속도의 크기는 변화시키지 못한다.
구심력의 방향은 가속도의 방향, 즉 원의 중심 방향이고 반지름 r의 원궤도를 도는 질
량 m인 물체에 작용하는 구심력 F는 뉴턴의 운동 제 2법칙에 의해 다음과 같다.

* 일정한 크기의 힘이 항상 운동 방향에 수직한 방향으로 작용하면 이 힘이 구심력이
되어 물체는 등속 원운동을 한다.
* 구심력의 방향은 항상 변하므로 크기는 일정해도 힘은 일정한 것이 아니다.

3. 실험 방법

① 압축 스프링을 이용하여 질량에 따른 스프링의 변위를 측정하고 스프링 탄성계수 k를
계산한다.
② 모터의 전원 연결단자와 전원장치를 연결한다. 전원 장치의 스위치를 켜고 전압조정
단자를 천천히 올려 장치가 회전하도록 한다. 회전 속도가 커짐에 따라 질량의 위치가
멀어진다. 회전에 의한 원심력과 스프링의 탄성이 같아지는 위치에서 회전하게 된다.

과정 1의
스프링의 탄성 계수 측정 모습


회전 속도에 따른 질량의 위치 변화

















③ 포토게이트의 신호 감지선을 스프링 고정핀이 차단할 수 있는 위치에 그림처럼 설치한
다. 회전축이 한번 회전함에 따라 포토게이트의 감지선을 두 번 차단한다. 포토게이트

포토게이트의 설치 위치
의 높이에 주의한다.

참고 자료

- http://www-ph.postech.ac.kr/Edulab/
(일반물리실험 홈페이지에서 구심력 측정 안내 자료)
- Fundamentals of physics, Haliiday, Resinick, Walker, 8th.