8.선운동량 보존법칙[예비]

소개

일반물리학실험

목차

1. 실험목적
2. 실험원리
3. 실험 기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 참고문헌

본문내용

1. 실험목적

공기 미끄럼대를 이용하여 외력이 없는 두 물체 사이의 충돌(1차원 탄성충돌과 비탄성충돌) 전 후의 운동에너지의 변화 여부를 조사하고 선운동량 보존법칙을 이해한다.


2. 실험원리

운동량은 일상생활에서 여러 의미를 갖지만 물리학에서는 단 하나의 의미만 갖는다. 입자의 선운동량은 벡터 로 표기하며,
= ( : 스칼라인 질량, : 벡터인 속도) - (1)
과 같이 정의한다. 선이라는 말은 종종 생략되지만, 회전과 관련된 운동량과 구별하기 위해 선운동량으로 쓰는 것이 좋다. 은 항상 양의 스칼라량이므로 식(1)에서 와 는 같은 방향이며 식(1)에서 운동량의 SI단위는 kg⋅m/s이다.
운동량 보존의 법칙이란 고립계(즉, 계에 알짜 외부 힘이 작용하지 않고 계 내의 입자들끼리의 상호작용만 있는 계)의 선운동량 는 변하지 않는다. 이것을 운동량의 보존법칙이라 하며,
==+++ ··· = 일정
따라서 입자들 간의 충돌 시, 운동량 보존의 법칙에 따라 충돌 전후의 운동량의 합은 같다.

1) 완전 탄성 충돌인 경우

직선위의 정지해 있는(=0) 물체2에 다른 물체 1이 속도 으로 충돌을 하는 경우,
운동량은 보존되므로 =+ - (1) (=0, ∴ =0)
운동에너지도 보존되므로 = + - (2) (=0, ∴ =0)
(1)과 (2)를 연립하면, = , 가 된다.
∴ 위의 두 식에서 의 경우에는 과 의 크기에 따라 처음 속도 의 반대 방향이 될 수 있으나, 의 경우에는 항상 처음 속도와 방향이 같다.

2) 완전 비탄성 충돌인 경우

직선위의 정지해 있는(=0) 질량이 인 물체에 질량이 인 물체가 속도 으로 충돌한 뒤 두 물체가 결합되어 속도가 가 되었을 때, 운동량 보존의 법칙에 의해 운동량은 보존되 나 운동에너지는 보존되지 않는다. 물체들끼리 들어붙은 충돌은 운동에너지의 감소량이 최대 가 된다. 예로는 축축한 진흙 공과 야구방망이의 충돌은 완전 비탄성이다.

운동량 보존의 법칙에 의거하여, → =(+)
이 되고, 만일 = 이라면 충돌 후 는 의 2/1이다. 즉, =2

참고자료

· - 일반물리학 개정7판 1권, D.Halliday 외, 범한서적, 2006년, P250~263
· - 일반물리학실험, 고욱희 외, (주)북스힐, 2005년, P77~78
· - 디지털장비 중심의 일반물리학실험, 홍경희 외, 청문각, 2005년, P51~52