보고서 설명

평형판에서 실에 작용하는 힘을 벡터로 표현하고, 힘의 평형조건에서 계산결과와 실험치를 비교한다.
물체가 평형상태에 있다는 것은 그 물체가 외부로부터 힘을 받지 않아서 그 상태를 유지하고 있는 것을 의미한다. 이러한 경우는 정지상태, 등속직선 운동상태, 등속회전 운동상태 등의 모든 경우를 뜻한다.

본문일부 및 목차

(1) 제 1평형조건 : 선형적인(정역학적) 평형상태, 즉 정지 또는 등속직선 운동상태를 유지하기 위해서는 모든 외력의 합이 0이 되어야 한다. 이를 수식으로 나타내면

(1)

(2) 제 2평형조건 : 회전적인(동역학적) 평형상태, 즉 정지 또는 등속직선 운동상태를 유지하기 위해서는 임의의 축에 관한 모든 힘의 모멘트, 즉 토오크()의 합이 0이 되어야 한다. 이를 수식으로 나타내면

(2)

이 실험에서는 질량중심의 평형상태를 다루므로, 제1 평형조건만 만족하면 된다. 그리고, 문제를 간단히 하기 위해서 모든 힘이 한 평면상에서 작용하도록 하였다. 한편, 벡터의 합을 구하는 데는 기하학적인(작도법)방법과 해석법이 있다.

① 기하학적인 방법에 의한 벡터 합성(작도법)
그림 1과 같은 와 의 합을 구해보면, 이들이 벡터의 합 은 그림 2와 같이 두 벡터를 한 쌍의 변으로 하는 평행사변형을 그려서 두 벡터가 만나는 점으로부터 평행사변형의 대각선을 그림으로써 구한다. 이 대각선 벡터 은 두 벡터의 합으로써 합력의 크기와 방향을 나타낸다.
두 개 이상의 벡터들의 합력을 구할 때는 그림 3의 다각형법을 이용한다. 처음에 벡터의 화살표 끝에서 벡터를 그린다. 그리고 의 화살표 끝에서 다시 벡터 를 그렸을 때 벡터의 시작점으로부터 벡터 의 끝을 연결한 벡터는 벡터 와 의 합 벡터가 되고 벡터의 시작점으로부터 벡터 의 끝을 연결한 벡터 는 벡터 , , 의 합이 된다. 같은 방법으로 여러 개의 합을 구할 수 있다.

② 해석법에 의한 합성방법
두 벡터의 합은 sin과 cos의 삼각법칙을 이용하여 해석적으로 구할 수 있다. 그림 4와 같은 두 벡터 , 를 생각하면 합력

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