[물리실험] 만유인력에 관한 법칙과 마찰력 측정

소개

인간을 포함한 지구상에 있는 모든 생명체 및 물체는 지구의 중력(만유인력)의 영향에서 벗어날 수 없다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 이론

3. 실험 방법

4. 실험 과정

5. 실험 결과 및 토의

6. 결론

7. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
인간을 포함한 지구상에 있는 모든 생명체 및 물체는 지구의 중력(만유인력)의 영향에서 벗어날 수 없다. 일상생활에 직접적으로 영향을 미치는 이 힘을 물리적으로 해석하는 것은 매우 중요한 일이다. 이 실험에서는 빛살문 검출기(Photogate detector)를 이용하여 여러 상황에서의 물체 낙하의 시간에 따른 거리와 속도 변화를 살피고, 만유인력에 관한 법칙과 쓸림힘(마찰력)의 영향을 탐구한다.
2. 실험 이론
뉴턴은 `프린키피아(Principia)`에서 3가지 법칙을 제시했는데, 그 중 첫 번째는 `모든 물체는 힘이 작용하지 않는 한, 그것의 운동상태를 유지한다.`라는 관성의 법칙이다. 물체의 관성의 크기를 정량적으로 나타내는 척도가 관성질량(inertial mass)이다. 관성이라는 자연력을 극복하고 물체의 운동상태를 변화시키는 것은 힘인데, 힘은 그 물체의 가속도(정확히 말하면, 운동량)의 변화량과 비례한다. 이것이 운동의 제 2법칙이다.
F = ma (m은 관성질량)
힘 F가 일정하며, m이 속도와 무관할 때, a가 일정한 등가속도 운동을 하게되며, 속도 v는
v = v0 + at (v0는 t=0일때의 속도)
이며, 실험에서 거리(혹은 낙하거리)에 대한 식을 미분하여 위의 식과 비교할 때, 가속도가 일정한지 그 여부를 알 수 있다.
중력(만유인력)은 자연계의 네 가지 기본적인 힘들 - 중력, 전기력, 약한 핵력, 강한 핵력 - 중 하나이며, 뉴턴의 만유인력 법칙에 의하면, 중력은 두 질점사이의 거리의 제곱에 반비례하고, 두 질점의 질량의 곱에 비례한다.
F~=~G {m_1 m_2} over r^2
이 때의 G는 만유인력상수이며, (G=6.67 x 10-11m3/s2kg) 지구의 경우, 두 질점중 하나는 지구이므로, 지구의 질량(M=5.98 x 1024 kg)과 같다. 지상에서 물체가 낙하하는 거리는 지구의 반지름에 비해 매우 작으므로, r = (지구의 평균 반지름, R = 6370 km) 라 할 수 있다

참고자료

· 새대학 물리1