물리학및실험1 (8) 토크의 평형

목차

Ⅰ. 서론
1. 실험 목적
2. 실험 이론

Ⅱ. 본론
1. 실험장비
2. 실험방법
3. 실험결과

Ⅲ. 결론

본문내용

실험 목적
물체가 역학적 평형을 유지할 때 물체가 받는 토크의 합이 0이 되어야 함을 이해한다.

실험 이론
2.1. 토크의 평형
입자에 대한 평형 조건은 입자에 작용하는 알짜힘이 0이어야 한다는 것이다. 그러나 크기 가 있는 강체의 경우에는 알짜힘이 0이어도 평형 상태가 아닐 수 있다. 강체를 구성하는 각 입자에 작용하는 힘들의 벡터 합이 0이라 하더라도, 각 힘이 강체에 작용하는 토크는 0이 아닐 수 있다. 토크의 합이 0이 아니면 강체는 각가속도를 갖고 회전운동을 하게 된다. 따라서 강체의 경우에는 계에 작용하는 각 토크의 합도 0이어야 한다. 어떤 강체가 평형 상태에 있으려면 다음 필요조건을 만족해야 한다.

각 평형 조건은 벡터식이므로 성분별로도 성립해야 한다.
본 실험에서는 회전 평형에 관한 (나)식이 성립하는지 확인하는 실험을 수행한다. 실험에서 사용하는 실험장치의 구성을 간략히 표현하면 [사진 1]과 같으며, 이 경우에 평형 조건을 적용하면 다음과 같다.

2. 실험 방법
2.1. 두 토크의 평형

(1) 실험판을 조립하고 용수철저울을 실험판에 수직으로 부착한 후 용수철저울의 오차를 보정한다.

(a)아무것도 매달지 않은 상태에서 용수철저울의 지시기가 0을 가리키는지 확인하고, 필요한 경우 조정한다.

(b)100g의 추를 추걸이와 함께 매달아 105g을 가리키는지 확인한다. 이때 용수철저울이 수직으로 위치해야 한다. 용수철저울에는 질량을 나타내는 눈금과 길이를 나타내는 눈금이 함께 있으므로, 눈금을 잘 확인해야 한다.

(c)만약 정확한 질량을 가리키지 않는 경우, 늘어난 길이를 측정하여 힘 상수()를 구한다. 후속 실험에서 용수철저울의 눈금(길이)에 힘 상수를 곱하여 힘을 측정한다.

(2)평형막대의 양쪽에 고리를 삽입하고 평형이 되도록 중심을 조절한다.

(3)평형레버의 회전축에서 왼쪽 고리까지의 길이()와 오른쪽 고리까지의 길이()를 측정한다.

(4)평형막대의 오른쪽 고리에 각도계의 중심이 위치하도록 각도계를 설치한다. 각도계의 수직추는 0도를 가리키도록 한다.

(5)오른쪽 고리와 용수철저울을 도르래를 통해 실로 연결한다. 이때 각도계의 수직추와 연결된 실이 임의의 각을 이루도록 한다.

참고 자료

토크의 평형」, 『서울시립대학교 교양물리』. (2017.06.13.)
돌림힘」, 『위키백과』.
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%8F%8C%EB%A6%BC%ED%9E%98> (2017.06.13.)