[결과레포트] 2차원 충돌실험

소개

일반물리학에 관련된 실험 중 `2차원 충돌실험`입니다.
사진 및 실험 데이터 수치(3회)를 포함하여 상세하게 설명하였습니다.
2차원 총돌실험에 관한 모든 것을 A TO Z 까지 상세하게 조사하였습니다.

목차

2차원 충돌실험

실험결과

1. 두 원판의 충돌 - 2차원 충돌 현상
2. 정지해 있는 원판과 다른 원판의 충돌
3. 탄성계수 측정 및 비탄성 충돌
4. 결론 및 토의
5. 질문
5.1) 충돌하는 물체들의 총 운동에너지는 충돌 전후에 달라질 수 있지만 총 선운동량은 항상 보존된다. 그 이유는 무엇인가?
5.2) 실제의 당구공과 같이 충돌하는 물체가 구르거나 또는 미끄러지면서 구르는 경우에는 2차원 충돌 식에서 어떤 부분이 달라지겠는가?

․ 대학물리학 실험(일반물리학실험 교재위원회)

본문내용

4. 결론 및 토의
이번 실험은 2차원 충돌실험을 통해 충돌 전후의 위치 변화로부터 속도를 측정하여 운동량 보존과 운동에너지 보존 여부를 조사하여 탄성 충돌 여부를 알아보는 것이었다. 실험 결과 모두 완전 탄성 운동이 아닌 비탄성충돌을 하였다. 또한 실험 3에서는 이론상으로는 충돌 후 입자의 에너지와 속도가 줄어들어야 하는데 그 반대의 결과가 나타났다.
오차의 원인으로는 첫째, 물체의 속도를 잘못 측정했을 수 있다. 순간속도를 구해야하나 그래프와 표를 분석하여 구한 속도가 평균속도였다. 따라서 순간속도와 평균속도의 차이가 오차의 원인으로 작용 했을 수 있다.
둘째, 공기 테이블로 바닥의 마찰을 최소화 하였지만 완벽하게 마찰이 0인 상황을 만들기란 쉽지 않으므로 조금이지만 마찰이 존재 했을 수 있다.
셋째, 충돌에 의해 미세하지만 열에너지가 발생하였기 때문에 완전한 탄성 충돌이 이루어지지 않았을 수 있다.
넷째, 실험을 하면서 가장 힘들었던 점이 공기 테이블 위에 원판이 정지 상태로 있지 않은 것이었다. 송풍기를 키자마자 원판은 마구 흔들리거나 이리저리 움직였다. 그건 원판의 밑면과 공기테이블의 윗면을 미세하게 들여다보면 울퉁불퉁한 면이 있어서 공기를 균일하게 받지 못했기 때문인데 이 점이 오차의 원인으로 작용한 것 같다.
또한 원판은 이동하면서 공기의 저항을 받게 되고 약간씩은 회전을 함으로 회전 에너지를 갖게 될 것이다. 이러한 미세한 부분들 또한 오차의 원인이라 할 수 있다.

※ 개선되어야 할 점
① 공기테이블에서 공기가 최대치 나오게 하여 마찰을 최소화 시키도록 한다.
② 원판이 회전하지 않도록 민다. ( 직선 경로로 밀리도록 ) 원판을 밀때 가능한 회전하지 않도록 하는 연습을 하거나, 직선으로 날아가는 발사장치 등을 설비하는 방법을 택하여 회전 운동에너지에 의한 에너지 손실을 막고, 직선 경로로 운동하도록 하여 오차의 발생을 줄인다.
③ 공기 테이블의 수평을 맞춘다. 수준기를 부착하거나 구슬을 올려놓는 방법들을 통해 테이블의 수평을 맞추어 경사를 없앤다.
④ 실험에 대한 연습을 많이 한다. 이번 실험은 원판을 밀거나, 고정시킬 때 주의해야 할 사항들이 많은 실험이었다. 따라서 실험에 대한 사전 학습과 연습을 통하여 오차를 줄인다.

참고자료

· [1] 대학물리학 실험(일반물리학실험 교재위원회)