[물리학실험]가속도와 뉴튼의 운동법칙 (예비및 결과)

소개글

목적.
에어트랙(마찰 appro.=0)을 사용하여 뉴튼의 운동법칙을 검증한다.

목차

part 1. 예비보고서
part 2. 결과보고서

본문내용

원리.
뉴튼의 운동법칙
1. 모든 물체는 힘이 작용하지 않는 한, 정지하고 있거나 또는 등속 직선운동을 한다. 이 같은 물체의 성질을 관성이라 한다. (관성의 법칙)
2. 힘 F 는 질량 m과 가속도 a와 linear한 관계 F= ma의 관계가 있다. (가속도의 법칙)
3. 물체에 힘이 작용하면 그 물체는 언제나 작용 받는 힘과 크기는 같고 방향이 반대인 반작용을 상대에게 가한다. (작용 반작용 법칙)



오른 쪽 그림과 같이 마찰력이 무시되는 면 위에 질량 m1인 물체가 놓여 있고, 질량 m2인 물체가 실에 연결되어 매달려 있을 때 두 물체의 운동방정식은
m2*g-T=m2*a è식1
T=m1*a è식2
가 된다.




여기서 a는 두 물체의 가속도이고 T는 실의 장력이다. 따라서 연립방정식으로 풀면 가 된다. 이는 마찰이 없는 경우이고 실제 마찰이 존재하면 식2에서 장력에 대하여 마찰만 빼주면 되므로, 식2를 T-f = m1*a가 되며 따라서 가속도 a는 로 주어지게 된다.

** 물체의 운동에 관한 기본적인 법칙들을 통틀어 운동 법칙이라고도 하지만, 일반적으로 <뉴턴의 운동법칙>을, 즉 운동의 제1법칙, 운동의 제 2법칙, 운동의 제3법칙을 묶어서 간단히 운동 법칙이라 한다.
(1) 운동의 제1법칙 (뉴턴의 제1법칙 ; 관성의 법칙)
관성계에서는 외부로부터 힘이 작용하지 않으면, 정지하고 있는 물체는 계속해서 정
지해 있고, 운동하고 있는 물체는 언제까지나 등속 직선 운동을 한다.
(2) 운동의 제2법칙 (뉴턴의 제2법칙 ; 좁은 뜻의 운동 법칙)
힘이 물체에 가해졌을 때 생기는 운동량의 변화, 즉 가속도의 크기는 작용하는 힘에 비례하고, 그 방향은 작용하는 힘의 방향과 같다. 이것을 구체적으로 운동 방정식의 꼴로 나타내보면, 다음과 같다. 즉, P를 운동량 벡터 (= 질량m * 속도 벡터 v), F를 힘으로 하여, P’=F P’ = è식 1
P=mv
또는 가속도 벡터 a=v’를 이용하여
F= ma 로 나타낼 수 있다.

(3) 운동의 제3법칙 (뉴턴의 제2법칙 ; 작용 반작용의 법칙)
두 물체가 직접 서로 작용하는 힘, 즉 작용과 반작용은 동일한 직선 위에 있고 크기가 같으며 방향이 반대이다. 즉 A로부터 B로의 작용을 이에 대한 B로부터 A로의 반작용을 로 하면 =- 이다.


뉴턴의 운동방정식이라고도 한다. 뉴턴의 운동 제2법칙을 기초로 하여 유도되는데, 물체의 질량을 m, 가속도를 a(ax,ay,az), 물체가 받는 힘을 F(Fx,Fy,Fz)라 하면 ma=F(ma瀑=F瀑,ma爆=F爆,ma輻=F輻) 라고 쓸 수 있다. 가속도는 위치좌표 r를 시간 에 대해 2회 미분한 것이며(a=d2r/dt2), 힘은위치 r의 함수로서 표시되므로, 이 방정식은 r(t)에 관한 2계(階)미분방정식이 된다. 따라서 t=0에서 위치좌표 r와 속도 dr/dt가 주어지면 그 뒤의 운동은 완전히 결정된다.

종류별 운동에

참고 자료

없음