일반물리학실험 일차원충돌과 운동량 보존 실험 결과 보고서

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2020.05.22
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2019.05
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목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론 및 원리
3. 실험 기구 및 장치
4. 실험 방법
5. 실험 측정 데이터 및 결과
6. 토의 및 결론

본문내용

1. 실험 목적
마찰이 없는 에어트랙에서 두 입자의 충돌과정은 서로에게 가해지는 힘이 내력뿐이므로, 계의 전체 운동량은 충돌 전후에 변하지 않는다. 이 실험은 에어트랙위에서 일차원 충돌현상을 이용하여 운동량 보존법칙을 확인하고 에너지의 변화를 살펴본다.

2. 실험 이론 및 원리
일차원 충돌을 하는 입자의 경우 충돌과정에서 이 계에 작용하는 힘은 서로 미는 힘으로 두 입자에 같은 크기, 반대방향으로 작용하여 계 전체로는 상쇄된다. 이런 힘을 내력(internal force)이라고 부르며 이 특성은 물체에 가해지는 힘의 작용-반작용의 법칙(law of action and reaction)에서 기인한다. 내력만이 작용하는 계(고립계)의 선 운동량은 보존되므로, 두 입자의 충돌 전후에 입자계의 총 선운동량은 같다.
그림 1과 같이 질량이 각각 m, M이고 속도가 , 인 두 입자의 일차원 충돌을 생각해 보자. 총 선운동량이 보존됨으로 다음 식을 얻을 수 있다.

4. 실험 방법
1) 준비단계
① 에어트랙을 평평한 테이블에 설치하고 트랙의 수평을 조절한다. 송풍기를 연결하여 공기를 공급한 상태에서 글라이더를 올려놓고 글라이더의 움직임을 보면서 트랙의 수평을 맞춘다.
② 송풍기의 출력이 지나치게 강하면 글라이더가 좌우로 흔들리는 등의 불안정한 상태에 놓이게 되므로 적절한 세기를 찾아야 한다.
③ 송풍기의 적정 출력을 찾기 위한 한 방법은 다음과 같다. 먼저 트랙을 약간 기울게 한 다음 트랙의 기울어진 아래 단에 반사 범퍼를 설치한다. 글라이더를 일정 거리에서 아래로 미끄러지게 하여 되돌아오는 위치가 원래 위치에 최대한 가깝게 돌아오는 출력을 찾는다.

2) 일차원 탄성 충돌
① 에어트랙에 글라이더 두 개를 각각 양쪽 끝에 위치시킨다. 포토게이트 A, B를 두 개의 글라이더 안쪽에 두고, 타이머를 Each 모드로 설정한다. 포토게이트 A, B 사이의 거리를 충분히 두어서 두 글라이더가 두 게이트 사이에서 충돌할 수 있도록 위치시킨다.

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