힘과 가속

물리학의 모든에서 가장 유명한 방정식 중 하나는 뉴턴의 두 번째 법칙입니다 :

. (방정식 1)

단순히 오브젝트의 힘이 가속도의 질량과 동일하다고 명시합니다.

다음 실험에서 글라이더는 풀리에 의해 떨어지는 무게에 연결됩니다. 글라이더가 트랙을 따라 미끄러지면 측정하기 어려운 추가 힘이 발생하기 때문에 글라이더는 마찰을 줄이기 위해 에어 트랙에 있을 것입니다. 에어 트랙은 글라이더와 트랙 사이의 공기 쿠션을 생성하여 마찰을 약 0으로 줄입니다. 무게의 힘은 방정식 1에따라 글라이더를 가속화합니다.

무게의 힘은 중력과 글라이더에 떨어지는 무게를 연결하는 문자열의 장력 때문입니다. 장력은 떨어지는 무게의 방향에 반대하며 방정식에서 중력의 힘으로 반대의 표시를 해야합니다. 따라서, 수학식 1은 T가 장력이고 중력(~9.8m/s^2)으로인한 가속도인 가속도가 된다. 중력으로 인한 가속은 동일하게 유지되지만 질량을 추가하여 힘을 늘릴 수 있습니다.

무게가 떨어지면 중량을 글라이더에 연결하는 문자열의 장력을 만듭니다. 풀리는 장력력의 방향을 수직에서 수평으로 변경합니다. 다른 연결된 문자열의 장력은 글라이더에 동일한 크기의 힘을 적용하는 떨어지는 무게의 힘과 동일합니다. 따라서 글라이더의 힘은 장력 력 T와 동일합니다.  중량과 글라이더가 연결되어 있기 때문에 두 오브젝트 모두 가속도가 동일합니다. 중량의 당김으로 인해 글라이더의 가속을 계산하기 위해 힘이 동일시됩니다.

,

. (방정식 2)

가속을 측정하기 위해, 포토게이트 타이머는 글라이더의 초기 위치에서 20cm 를 배치한다. 가속은 측정된 최종 속도와 다음 방정식을 사용하여 이동한 거리에서 계산할 수 있습니다.

, (수학식 3)

마지막 속도는 어디로 이동합니다. 글라이더 의 상단에있는 플래그는 글라이더가 게이트를 통과하는 데 걸리는 시간을 기록합니다 포토 게이트를 통과합니다. 깃발길이는 10cm이므로 글라이더의 속도는 깃발 길이와 같으며 시간이 다됩니다.

					% 차이
200	10	0.93	0.47	0.43	9
400	10	0.66	0.24	0.22	9
200	20	1.28	0.89	0.82	9
200	50	1.96	1.69	1.92	145

이 실험의 결과는 방정식 2와 3에의해 만들어진 예측을 확인합니다. 2단계에서 글라이더의 질량이 증가함에 따라 글라이더를 1단계와 동일한 속도로 가속하기 위해 더 큰 힘이 필요하기 때문에 가속이 작아졌습니다. 3단계에서, 매달려 있는 무게의 질량이 증가하여 글라이더의 힘을 실제로 증가시켰으며, 따라서 가속이 증가했습니다. 예상대로 질량이 증가하면서 가속이 증가했습니다.

글라이더와 트랙 사이의 에어 쿠션 덕분에 마찰은 거의 제로였습니다. 그러나 공기 주머니는 완벽하지 않으며 트랙의 공기가 글라이더를 특정 방향으로 밀어 넣을 수 있습니다. 이 테스트는 글라이더가 에어 트랙에 앉을 수 있도록 하여 테스트할 수 있으며, 힘이 적용되지 않습니다. 글라이더가 어느 방향으로든 움직이면 트랙에서 글라이더에 약간의 힘이 있을 수 있습니다.

뉴턴의 두 번째 법은 근본적으로 사람들이 매일 경험하는 움직임에 연결되어 있습니다. 어떤 힘이 없으면 오브젝트가 가속되지 않고 휴식을 유지하거나 일정한 속도로 계속 이동합니다. 따라서 야구를 특정 거리에 타격할 때와 같이 무언가를 움직이려면 충분한 힘을 적용해야 합니다. 힘은 방정식으로 계산할 수 있습니다.

개체를 가속화하는 데 특정 힘이 걸리는 것처럼 오브젝트의 속도를 0으로 낮추기 위해 동일한 양의 힘이 필요합니다. 살펴보면 질량이 많은 비참한 행위는 질량이 적은 물체보다 멈추기가 훨씬 더 어렵다는 것이 분명합니다. 기차보다 자전거를 멈추는 것이 더 쉽습니다! 더 빨리 무언가를 가고, 더 많은 가속이 정지에 그것을 가지고 필요, 그래서 농구보다 총알을 중지하는 훨씬 더 많은 힘이 필요합니다.

뉴턴의 두 번째 법칙은 힘의 구성 요소가 시간에 따라 변경될 때 조금 더 복잡해집니다. 공기 저항과 같은 일종의 항력이 발생하는 오브젝트의 경우 시간이 지남에 따라 가속이 변경될 수 있습니다. 로켓은 시간에 따라 변경되는 질량이 있는 물체의 예입니다. 로켓이 연료를 태우면 질량이 작아지고 시간이 지남에 따라 가속할 힘이 줄어듭니다.

이 실험에서는 힘의 구성 요소를 검사하였다. 뉴턴의 두 번째 법칙에 따르면 힘은 가속을 곱한 물체의 질량과 동일합니다. 글라이더의 질량을 조정함으로써 글라이더의 가속이 감소했습니다. 글라이더의 힘이 증가하면서 가속이 증가하여 뉴턴의 두 번째 법칙을 확인했습니다. 글라이더에 작용하는 다른 힘이 없는 한 이 실험의 결과는 정확해야 합니다. 이 때문에 에어 트랙을 사용하여 이 실험에서 마찰이 감소되었습니다.