[물리및실험] 선운동량 보존 실험 예비보고서

목차

1. 실험제목

2. 실험목적

3. 실험이론
3.1. 운동량 보존 법칙
3.2. 물체의 충돌

4. 실험장비

5. 실험 절차 및 변인
5.1. 실험 전 준비
5.2. 실험 진행 (데이터 수집)
5.3. 데이터 분석
5.4. 변인

6. 생각해보기

본문내용

1. 실험제목
선운동량 보존 실험 (이차원 충돌 실험)

2. 실험목적
두 물체가 충돌할 때 충돌 전후에 (선)운동량이 보존되는지를 관찰하고 확인한다.

3. 실험이론

3.1. 운동량 보존 법칙
운동량은 물체의 질량에 속도를 곱한 물리량으로, 크기와 방향 성분을 모두 갖는 벡터량이다. 통상적으로 사용하는 기호는 이며, 식으로 나타내면 다음과 같다.

어떤 계에 외부에서 가해주는 알짜힘의 크기가 0일 때 계의 총운동량은 바뀌지 않는데, 이를 운동량 보존 법칙이라고 한다. 이는 뉴턴의 운동법칙 중 제3 법칙인 작용 반작용 법칙이 성립하기 때문인데, 물체 A가 다른 물체 B에 힘을 가하면, 물체 B는 물체 A에 크기는 같고 방향은 반대인 힘을 동시에 가해주게 된다. 여기에 알짜힘의 크기가 0이라는 것은 계에 작용하는 외력의 벡터 합이 0이라는 것을 말하고, 이에 따라 계의 총운동량은 일정하게 유지된다.
운동량 보존 법칙은 물체의 충돌과 같이 물체들 사이에 작용하는 힘을 제대로 알지 못하는 경우에 사용하여, 물체들의 속도 정보를 얻어낼 수 있다.

3.2. 물체의 충돌
3.2.1. 충돌의 정의와 종류
물리학에서 충돌은 ‘두 물체가 서로의 운동에 간섭하는 현상’을 의미한다. 다른 말로 두 물체가 서로 힘을 주고받는 현상이라고 정의하기도 하는데, 이는 물리학에서 힘의 정의가 ‘다른 물체의 운동을 방해하는 작용’이기 때문이다. 충돌은 충돌 전후 운동 에너지 총량의 변화 여부에 따라 탄성 충돌과 비탄성 충돌로 구분한다. 이때,
두 경우 모두 충돌 전후 두 물체의 총운동량은 보존된다.
탄성 충돌은 충돌 시, 계의 운동 에너지 총량이 일정하게 유지되는 경우를 말한다. 이는 결과적으로 봤을 때 운동 에너지가 다른 형태의 에너지로 전환되지 않는다는 것을 의미한다. 자세하게 본다면, 물체들이 충돌하는 동안, 우선 입자가 충돌 시 발생하는 반발력에 반하여 움직일 때, 운동 에너지는 일시적으로 입자 사이의 반발 위치 에너지로 변한다.

참고 자료

김창배 외 9명, (2016), 「대학물리학실험」(1판) 79~83쪽, 북스힐
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위키백과, (2016), 충돌, https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%B6%A9%EB%8F%8C
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위키백과, (2017), 운동 에너지. https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9A%B4%EB%8F%99_%EC%97%90%EB%84%88%EC%A7%80
<그림 1> 김창배 외 9명, (2016), 「대학물리학실험」(1판) 80쪽, 북스힐
<그림 2> 김창배 외 9명, (2016), 「대학물리학실험」(1판) 81쪽, 북스힐