일반물리학실험 - 후크의법칙
분야
hwp◎실험의 목적
◎실험의 이론
◎실험 기구 및 장치
◎실험 방법
◎실험 결과
◎결과 및 토의
→ 후크의 법칙 - 힘의 측정
◎실험의 목적
→ 후크의 법칙을 알아보고, 용수철을 이용하여 용수철 상수를 구하여 본다.
◎실험의 이론
→ ◆후크의 법칙
용수철은 탄성을 가진 강철선을 나선형으로 꼬아서 만든 것으로 그것이 성형된 처음 의 길이에 비하여 훨씬 큰 길이 변화에서도 복원력을 내게 되어 있다. 길이가 변할 때 강철선이 비틀리게 되는데 비교적 길이변화가 크더라도 비틀리는 정도는 선형성 을 유지하는 한계 내에 있어 용수철저울처럼 힘이나 무게의 측정에 쓰인다. 용수철 의 복원력은 평형위치에서 벗어난 길이에 비례한다. 이를 후크의 법칙이라 하고 비 례계수를 용수철상수라 한다. 즉, 후크 법칙은 물체에 가해진 하중과 그로 인해 발 생하는 변형량과의 관계를 나타내는 고체역학의 기본법칙으로서 1678년 영국의 R. 훅이 용수철의 늘어남에 대한 실험적 연구를 통해 발견하였다. 용수철 상수는 용수 철의 재질이나 형태에 따라 달라지는데 센 용수철 같은 변형시키기 힘든 강한 용수 철은 이 용수철 상수가 큰 값을 갖는다.
즉, 어떤 임의의 물체에 하중이 가해지면 어느 한계에 이르기까지는 변형량이 하중 에 선형적으로 비례한다는 법칙이다. 응력(Stress)이 , 변형률(Strain)이 , 탄성계수 (Elastic Modulus)가 로 표시될 때 후크 의 법칙을 수식으로 나타내면 아래와 같다.
◆용수철 상수
용수철은 밖으로부터 가해진 힘에 비례하여 신축한다. 다시 말해서, (밖으로부터의 힘)=(비례상수)(신축의 크기)라 나타낼 수 있다. 이 때의 비례상수를 그 용수철의 용수철 상수라 부른다. 신축하기 쉬운 용수철일수록 용수철 상수는 작다. 일반적으 로 탄성을 가진 물체의 변형에서는 F=kx의 관계가 성립한다. 이 때에도 비례상수 k 를 그 물체의 용수철 상수라 부른다.
