일반물리실험 운동량 보존 A+레포트

소개글

일반물리실험 컴퓨터를 이용한 측정 및 자료분석 실험 레포트입니다.
레포트 점수 47/50, 최종성적 A+ 받았습니다.
실험 사진 및 다이어그램, 결과 분석, 최종 속도 계산 과정, 매뉴얼에 포함된 질문과 그 대답 등이 포함되어 있습니다.

목차

1. 실험 목적

2. 데이터 정리

3. 결과 분석

4. 질문
4.1. 실험 4-1. 폭발에서 운동량 보존
(1) 각 경우에 대하여 거리 비와 질량비가 같은가? 즉, 운동량이 보존되는가?
(2) 서로 다른 질량을 가진 글라이더가 서로 밀쳐낼 때, 어느 글라이더가 더 큰 운동량을 갖는가?
(3) 서로 다른 질량을 가진 글라이더가 서로 밀쳐낼 때, 어느 글라이더가 더 큰 운동에너지를 갖는가?
4.2. 실험 4-2. 충돌에서의 운동량 보존(뉴턴의 제 3법칙)
(1) 같은 질량과 같은 속력을 갖는 두 수레가 서로 충돌한 후 달라붙어서 멈추었다면 각 수레의 운동량은 어떻게 되었겠는가? 운동량은 보존되었는가?
(2) 같은 질량과 같은 속력을 갖는 두 수레가 서로 충돌한 후 탄성적으로 튕겨져 나갔다면 수레의 나중 총 운동량은 얼마인가?

5. 토의
5.1. 실험 검토
5.2. 오차 분석 및 개선방안
5.3. 이론을 확인할 다른 실험 제안
5.4. 응용 가능성

본문내용

3.2. 실험 4-2. 충돌에서의 운동량 보존
일차원 탄성 충돌의 경우, 운동량 보존 식은
m_1 v_1i+m_2 v_2i=m_1 v_1f+m_2 v_2f -(1)
와 같이 쓸 수 있으며, 여기에서 v는 속도의 크기가 아닌 성분을 의미하여 양 또는 음의 값을 가진다.
탄성 충돌에서의 운동 에너지 보존은
1/2 m_1 v_1i^2+1/2 m_2 v_2i^2=1/2 m_1 v_1f^2+1/2 m_2 v_2f^2-(2)
와 같이 나타낼 수 있고, 식 (1)과 식 (2)에서 같은 질량끼리를 모으면
m_1 (v_1i-v_1f )=m_2 (v_2f-v_2i )-(3)
m_1 (v_1i^2-v_1f^2 )=m_2 (v_2f^2-v_2i^2 )-(4)
를 얻는다. a^2-b^2=(a+b)(a-b)이므로 (4)의 식을
m_1 (v_1i+v_1f )(v_1i-v_1f )=m_2 (v_2f+v_2i )(v_2f-v_2i )-(5)
와 같이 쓸 수 있으며, 식 (3)과 (5)로부터
(v_1i+v_1f )=(v_2f+v_2i )
를 얻을 수 있다. 이 식을 정리하면
v_1i-v_2i=v_2f-v_1f-(6)
의 식을 얻게 되며, 위의 식에서 양변은 모두 두 입자의 상대 속도를 의미한다. 따라서 충돌 후에는 방향이 바뀌게 되더라도 상대 속력은 불변하게 된다.

<중 략>

5.2. 오차 분석 및 개선방안
실험 4-1에서 글라이더가 트랙의 양 끝에 동시에 도달한다는 것을 육안으로 확인했기 때문에 실제로는 동시에 도달하지 않아 오차가 발생했을 수 있다. 보다 정확한 값을 구하기 위해서는 실험을 영상으로 찍어 영상을 정지시킨 뒤 그 때의 거리 비를 사용하면 같은 시간 동안 이동한 거리를 보다 정확히 측정할 수 있어 오차를 줄일 수 있게 될 것이다.
또한, 글라이더 분리기의 핀을 분리할 때 손 떨림 등으로 특정 방향으로 힘이 가해져 오차가 발생했을 수 있다.
실험 4-2에서 글라이더를 트랙 양끝에 각각 놓고 같은 속도로 밀어 부딪히게 하는 경우에서 두 글라이더를 완벽히 같은 속도로 밀지 못했기 때문에 오차가 발생했을 수 있다.

참고 자료

일반물리학실험 매뉴얼
Richard Wolfson, 핵심물리학, 4판, 청문각, 2020, p203-207