충격량과 뉴턴 제3법칙 결과보고서

목차

1. 실험결과
2. 결과
3. 토의
4. 참고문헌

본문내용

실험 1에서는 수레를 밀어 시간의 함수로 속도와 힘을 측정하여, 운동량 변화량과 충격량을 계산했다. 운동량 변화량 ∆p=m(v_2-v_1 )은 0.339 kg·m/s, 힘을 적분하여 구한 충격량 I= ∫▒〖F dt〗 는 0.313 kg·m/s로 측정되었다. 두 값 사이의 오차는 약 7.67%로 나타났는데, 이 오차는 측정 과정에서의 오차나 데이터 처리 중의 편차로 인해 발생할 수 있으며, 실제 실험에서 운동량 변화량과 충격량이 거의 일치함을 확인할 수 있었다. 따라서, 이 실험은 운동량과 충격량 사이의 관계를 비교하고, 에너지 보존 법칙이 대체로 성립함을 보여준다.

실험 2에서는 힘 센서가 장착된 두 수레를 충돌시켜 뉴턴의 제3법칙인 작용과 반작용의 법칙을 확인했다. 각각의 수레에 작용한 힘을 F_1과 F_2로 측정하고, F_2를 - F_2 로 변환하여 F_1 과 비교하는 그래프를 생성했다. Capstone 소프트웨어를 사용해 그래프를 얻고, 엑셀로 변환하여 두 그래프를 하나의 화면에 표시한 결과, 두 그래프가 거의 일치하는 것으로 나타났다. 이는 두 물체가 충돌할 때, 서로에게 작용하는 힘의 크기가 같고 방향이 반대임을 의미한다. 실험의 오차 범위 내에서 이 법칙이 성립함을 확인할 수 있었다.

실험 3에서는 서로 다른 세 종류의 범퍼(약한 용수철, 강한 용수철, 고무)를 사용하여 충돌 시간과 힘의 관계를 조사했다. 실험 결과, 범퍼의 특성에 따라 충돌 시간이 달라지고, 최대 힘의 크기도 달라졌다. 약한 용수철 범퍼는 충돌 시간이 0.18초로 가장 길었으며 최대 힘은 5.747 N으로 가장 작았다. 강한 용수철 범퍼는 충돌 시간이 0.08초로 중간 정도였고, 최대 힘은 12.938 N이었다. 고무 범퍼는 충돌 시간이 가장 짧은 0.02초였으며, 최대 힘은 35.516 N으로 가장 크게 나타났다.
이 결과는 충돌 시 범퍼의 재질과 특성에 따라 에너지 흡수와 반발력이 다르게 나타난다는 것을 보여준다.

참고자료

· 물리학 실험(제 12판)/ 조두진 외 / 아주대학교출판부/ 2018 / p.35, 61 ~ 71
· 위키피디아 / 비탄성충돌, 탄성력