구심력 측정 실험 리포트

1. 실험목적

물체가 원운동하기 위해서는 힘이 필요하다. 이때 물체에 작용하는 힘을 구심력이라 한다. 이 실험에서는 등속원운동 하는 물체의 회전속도 및 회전반경을 측정하여 구심력을 결정하고 이를 탄성력과 비교한다. 즉 두 힘의 평형관계로부터 구심력의 공식이 올바른지 확인하기 위한 실험이다.

2. 실험원리

아무런 외부 힘이 작용하지 않으면 물체는 등속직선운동을 한다. 물체의 운동방향을 바꾸려면 외적인 힘이 필요로 한다. 일정한 크기의 힘이 운동 방향에 항상 수직한 방향으로 작용하면 물체는 등속원운동을 하게 된다. 등속 원운동을 하는 물체는 그 속력이 일정해도 원운동의 중심을 향하는 가속도가 필요하므로 이 가속도를 생기게 하는 중심 방향의 힘이 물체에 작용해야 하는데 이를 구심력이라고 한다. 물체가 원운동을 계속하기 위해서는 구심력이 존재해야 하며 이 구심력은 물체의 운동 방향에 직각으로 작용한다. 따라서 구심력은 속도의 방향만 바꾸어 줄 뿐 속도의 크기는 변화시키지 못한다[2]. 예를 들자면 달이 지구를 중심으로 원에 가까운 궤도를 도는 까닭은 달을 지구 중심으로 끌어당기는 중력 때문이다. 또한 자동차가 곡선도로에서 회전할 때 바깥쪽으로 튀어나가지 않는 까닭은 자동차 바퀴왿� 지면 사이에 마찰력이 구심력으로 작용하기 때문이다[3]. 이러한 구심력은 다음과 같이 표현된다.

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3. 기구 및 장치

구심력 측정 장치(용수철 및 추포함), 전원장치, 포토게이트 타이머 장치, 탄성계수 측정 장치

4. 실험방법

⓵ 탄성계수 측정 장치를 이용하여 구심력 측정 장치의 용수철의 탄성계수를 측정한다.
⓶ 구심력장치의 용수철을 측정 장치의 가운데 봉에 끼운 후 원래길이를 눈금자로 측정한다. 그리고 눈금 측정 날이 달려있는 추부터 끼운 후 압축된 길이를 측정하고 추가로 추를 하나 더 끼운 후 압축된 길이를 측정해 용수철상수 를 결정한다.
⓸ 구심력 측정 장치의 회전 봉 끝 쪽에 포토게이트를 설치한다.