2차원 충돌 : 일반물리학실험1 결과레포트 [성균관대]

소개

일반물리학실험1 중 「2차원 충돌」의 결과레포트입니다.
성균관대학교 기준으로 작성된 레포트입니다. 결과 분석을 열심히 했기 때문에 타 학교에서도 충분히 사용하실 수 있을 거라고 생각합니다.
일반물리학실험1 학점은 A+, 해당 레포트는 10점 만점에 14점 받았습니다.

목차

[실험 제목]

[실험 날짜]

[실험 결과 및 분석]

[토론]

본문내용

(실제 본문에는 수식이 삽입되어 있으나, 웹 상에 복사된 내용에는 수식이 보이지 않습니다.)

[토론]
이 실험을 통해 운동량 보존 여부를 확인하고자 하였다. 그에 앞서서 운동량이 보존되는 이유는 무엇일까?
질량 과 를 가지는 두 입자가 속도 과 로 동시에 움직이는 고립계에서 한 입자에 작용하는 유일한 힘은 다른 입자로부터 오는 힘이다. 이 고립계에서 두 입자는 뉴턴의 제 3법칙인 작용-반작용의 법칙에 따라, 크기는 같고 방향이 반대인 힘을 서로 주고 받는다. 즉, 이다. 그러므로 이다. 이제 여기에 뉴턴의 제 2법칙을 이용하면, 어떤 시간 간격동안 계에서 상호 작용하는 입자들은 힘에 반응하여 가속된다. 그러므로 각 입자에 작용하는 힘을 로 대체하면 이 된다. 이제 이 가속도를 로 대체하면 이 된다. 만일 질량 과 가 일정하다면, 이들을 미분 연산 안으로 가져갈 수 있다. 따라서, 이고, 이다. 시간에 대하여 의 미분이 0이므로, 이 일정하다는 것을 알 수 있다. 여기서 를 선운동량이라고 하고, 고립계에서 각 입자에 대한 선운동량의 합은 보존된다. (대학물리학 7th Edition, 북스힐, 184p ~ 185p 인용 및 요약)

이제 운동량이 보존되는 이유를 알았으니, 실험에서 운동량이 완벽히 보존되지 않은 이유에 대해서 생각해 보겠다. 100%에 가까울수록 운동량이 잘 보존된 것을 보여주는 [표 1-8]과 [표 2-8]에서 97.03%라는 값까지 나와서 비교적 운동량이 잘 보존되었다는 것을 보여주었다. 그러나 [표 1-8]에는 운동량 보존이 잘 이루어지지 않았음을 보여주는 두 가지 값이 있다. 바로 수행 1과 수행 2에서의 x축 방향 운동량 보존이다. 두 값은 각각 120.65(%), 15.74(%)이다. 큰 오차가 발생한 두 값의 공통점은 x축 방향의 운동량이라는 점이었다. 이 점에서 착안하여 먼저 실험이 이루어진 평면의 문제부터 생각해보았다.

[사진 4-1]에 나타난 수준계는 실제 우리가 사용한 수준계를 촬영한 것이다. 이 수준계는 공기테이블 위에 x축 방향으로 놓여져 있었다. 그런데 이 수준계를 잘 보면, y축 방향의 평면은 상대적으로 잘 맞는 데에 비해서 (왼쪽에서 첫 번째 기포) x축 방향으로는 상대적으로 수평이 잘 맞지 않았다는 것을 볼 수 있다. (가운데 기포) 이 수준계의 기포가 보여주는 것처럼, 실제 실험 중에도 퍽이 공기테이블 위에서 쉴 새 없이 움직였다.

참고자료

· 일반물리학 실험, 성균관대학교 물리학과 물리실험위원회, 북스힐, 2010