[물리학실험] 2차원 충돌 실험 (예비)

최초 등록일
2006.06.06
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2006.04
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목차

1. 실험제목
2. 실험목적
3. 이론
4. 실험 기구 및 장치
5. 실험방법

본문내용

1. 실험제목 : 2차원 충돌

2. 실험목적 : 2차원 충돌 실험은 마찰을 줄인 공기 테이블위에서 수행하고 충돌 전후의 위치 변화로부터 속도를 측정하여 운동량 보존과 에너지 보존 여부를 조사한다. 또 탄성체(테이블 옆 벽면)에 충돌하는 물체의 운동을 살피고 물체의 운동 에너지와 공기 테이블 벽면의 탄성 퍼텐셜(potential) 에너지 사이의 교환을 조사한다.

3. 이론

2차원 충돌을 하는 입자(질량 과 )의 경우 충돌 과정에서 이 계에 작용하는 힘은 서로 밀치는 힘으로 두 입자에 같은 크기의 서로 반대 방향으로 작용하여 계 전체로는 상쇄된다. 이러한 힘을 계의 속힘(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 입자계의 총 선운동량은 같다. 그림 1과 같은 좌표계를 택하면 총 선운동량의 성분이 각각 보존되므로
coscoscoscos (1)
sinsinsinsin (2)
식을 만족한다. 여기서 는 충돌 전 입자 1과 2의 입사각과 속력들이고 는 충돌 후 입자 1과 2의 산란각과 속력들이다. 이 충돌이 완전 탄성 충돌이라면 충돌 전후에 운동에너지도 보존되므로
(3)
이 성립한다.
정지해 있는 원판에 질량이 같은 원판을 충돌시킨다면 이고, 이므로 식 (1), (2), (3)은 다음과 같이 된다(그림 2 참고).
이 경우 두 원판의 충돌 후 각도의 합은 90°가 된다.
이제 비탄성 충돌인 경우를 생각하여, 충돌 전과 후의 계의 운동 에너지 비를 정하면,
(4)
이 된다. 인 경우가 완전 탄성 충돌의 경우이고, 충돌 후 두 물체의 속도가 같은 경우가 완전 비탄성 충돌이 된다. 탄성 계수가 인 경우 일반적인 비탄성 충돌이다.

참고 자료

이공학도를 위한 물리학 실험

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