이차원 비탄성 충돌 실험 결과 레포트 (물리학및실험1)

소개

건국대학교 물리학 및 실험 1 강의 중 실험 결과 레포트로 제출한 자료입니다.
해당 강의에서 본 레포트 포함 총 11개의 레포트를 작성하여 레포트 점수에서는 만점 받은 레포트입니다.

본 실험은 에어 테이블 위에 두개의 물체를 충돌시켜 충돌 과정을 I-CA카메라로 녹화하고, 충돌 전후의 운동량을 비교하여 비탄성 충돌을 알아보는 실험으로, 유사한 실험 레포트를 작성하실 때 참고용으로 사용하시기 바랍니다.

토의 내용에는 실험 결과의 분석과 오차 원인, 비탄성 충돌 실험에서 손실된 에너지의 분석, 완전 비탄성 충돌의 예시와 그 근거에 대한 내용으로 구성되어 있습니다.

목차

1. 실험 원리
1.1 운동량 보존 법칙

2. 실험 재료 및 도구

3. 실험 방법

4. 실험 결과
4.1 실험 과정과 실험 결과의 측정 과정
4.2 동일한 질량의 비탄성 충돌
4.3 다른 질량의 비탄성 충돌

5. 토의
5.1 각 경우에 대해 실험 결과를 분석하고 오차 원인에 대해 논의하시오.
5.2 비탄성 충돌 실험에서 손실된 에너지를 분석하고 일상 생활에서 대부분의 충돌이 왜 비탄성 충돌인지 논리적으로 설명하시오
5.3 완전 비탄성 충돌의 예시와 그 근거를 논의하시오

6. 자료 출처 및 참고 문헌

본문내용

1. 실험 원리

1.1 운동량 보존 법칙

질점으로 간주할 수 있는 두 입자가 고립계에서 충돌할 때 뉴턴 제 3 법칙, 작용 반작용 법칙에 의해 충돌한 두 물체 사이에 작용한 힘은 동일하다. 두 물체 사이에 작용하는 힘은 시간에 따른 함수로 표현할 수 있으므로 이를 수식으로 표현하면..

<중 략>

2. 실험 재료 및 도구

에어 테이블, 에어 블로워, 기준자, I-CA 카메라, 스탠드, 충돌체, 수평자, 전자저울

3. 실험 방법

1. 에어 블로워를 에어 테이블에 연결하고 각도기와 수평자를 확인하면서 에어테이블의 받침나사를 조정하여 수평이 되도록 설치한다.

2. 에어 테이블로부터 1m 이상 떨어진 높이에서 I-CA 카메라가 아랫방향을 촬영할 수 있도록 스탠드에 고정하여 설치하고 컴퓨터에 연결한다.

3. 전자저울을 이용해 각 충돌체의 질량을 측정한다.

4. 두 충돌체를 밀어 충돌시키는 과정을 I-CA 카메라를 이용해 촬영하고 두 충돌체의 질량이 같은 경우와 다른 경우에 대해 각각 3회 시행한다.

4. 실험 결과

4.1 실험 과정과 실험 결과의 측정 과정

3. 실험 방법에 따라 사진 4.1.1, 4.1.2와 같이 실험을 진행하였을 때, 그래프 4.1.3과 같은 결과들을 얻을 수 있다.

그래프 4.1.3과 같이 시간에 따른 물체의 궤적을 나타냈을 때, 물체의 충돌 시점은 약 0.067초 시점 전후 임을 알 수 있다. 다만, 해당 위치가 충돌 전 시점의 위치인지 충돌 후 시점의 위치인지 알 수 없다.

따라서, 충돌 전과 충돌 후 물체의 속도를 측정할 때 0.057초 시점의 값을 기점으로 이전의 값과 이후의 값을 이용하여 물체의 속도를 측정 하는 것이 바람직할 것이다.

또한 운동량 보존 법칙은 물체에 외력이 가해지는 경우에는 성립하지 않는데, 해당 실험에서 충돌체와 바닥면과의 마찰력은 에어블로워의 공기에 의해 물체가 바닥면에 접촉하지 않으므로 작용하지 않으며 외력은 물체의 공기저항 뿐이다.

참고자료

· 조승식 (2023), “일반물리학실험_개정판”, 북스힐
· Jewett/Serway 저. 대학물리학교재편찬위원회 역 (2024), “대학물리학”. 북스힐