[일반물리학실험]에어테이블을 이용한 2차원 충돌

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2021.03.13
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2021.03
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"[일반물리학실험]에어테이블을 이용한 2차원 충돌"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론 및 원리
3. 실험 기구 및 장치
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 토의 사항
7. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
가. 마찰이 없는 판 위에서 두 입자의 충돌 과정은 두 입자에 가해지는 힘이 내력뿐이므로, 계의 운동량은 충돌 전후에 보존되어야 한다. 본 실험은 에어테이블에서의 2차원 충돌 실험을 통해 운동량 보존의 법칙을 확인하고, 에너지 변화를 살펴본다.

2. 실험 이론 및 원리
가. 실험 배경
2차원 충돌을 하는 입자의 경우 충돌 과정에서 이 계에 작용하는 힘은 서로 밀치는 힘으로 두 입자에 같은 크기, 그러나 서로 반대 방향으로 작용하여 계 전체로는 상쇄된다. 이러한 힘을, 내력(internal force)이라고 부르며 이 특성은 물체에 가해지는 힘의 작용 반작용의 법칙(law of action and reaction)에서 기인한다. 내력만이 작용하는 계(즉, 고립된 계)의 선운동량은 보존되므로, 두 입자의 충돌 전후에 입자 계의 총 선운동량은 같다.
1) 작용 반작용의 법칙
작용 반작용의 법칙은 뉴턴 운동 제 3법칙이다. 전통적으로, 제3법칙은 "모든 작용에 대해 크기는 같고 방향은 반대인 반작용이 존재한다"라고 쓴다. 이 설명들은, 누군가가 물체를 200 N의 힘으로 때리면 그 물체 또한 같은 힘으로 그 사람을 때린다는 결과를 내포하고 있다.

<중 략>

6. 토의 사항
가. 실험 고찰
언제나 I-CA를 사용하면서 좌표계 설정은 필수기 때문에 좌표계 설정을 확실하게 하고 실험에 임했다. 50㎝ 길이 자를 이용해 좌표계를 설정했다. 이 실험의 목표는 운동량 보존의 법칙을 확인하는 것이다. 에어테이블을 이용했기 때문에 마찰이 없는 판 위라고 조건을 설정했다. 마찰이 없는 판 위에서 두 입자(공)의 충돌 과정에 가해지는 힘이 내력(2차원 충돌 시 이 계에 작용하는 서로 밀치는 힘으로 두 입자에 같은 크기, 그러나 서로 반대방향으로 작용하여 계 전체로는 상쇄된다.)만 존재하므로 계의 운동량은 충돌 전후에 보존되어야 한다. 그러므로 앞서 실험 이론에서도 확인한, 밑에 있는 식이 성립되어야 한다.

참고 자료

건국대학교 물리학과. 일반물리학 민 실험(개정판). 북스힐. p.77~83 (2020.3.5.)
일반물리학실험, 건국대학교 물리학과, p.77~79
대학물리학 1, John W, Jewett, Jr., Raymond A, Serway, 북스힐, p.64p 이차원 운동은 x축과 y축 방향의 각각 독립된 두 개의 운동으로 기술
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