[물리]탄성충돌

소개

탄성충돌에 관한 물리 실험 레포트

목차

1. 목적
2. 원리
3. 실험 결과
4. 고찰 및 토의

본문내용

1. 목적
탄성충돌 실험과 비탄성충돌 실험을 통하여 에너지보존 법칙과 운동량보존 법칙을 이해한다.

2. 원리
1) 초속도구하기
1) 초속도구하기
그림과 같이 질량m인 물체가 단진자에 충돌을 하면, 단진자는 흔들려서 일정 높이에 도달하게 된다. 이때, 단진자가 도달한 높이에 의하여 단진자의 Potential 에너지를 계산할 수 있다. 위의 그림과 같이 완전비탄성 충돌을 하는 경우, 운동전후의 계의 전체운동량은 보존이 되므로

(1)

이다. 이때, 구슬의 질량은 m, 속도는 v, 충돌 후 구슬과 합쳐진 진자의 질량은 M, 속도는 V이다. 또한, M_p는 순수한 진자의 질량이다. 운동량 MV는

(2)

이다. 는 충돌직후의 진자의 운동에너지이다. 에너지 보존 법칙에 따라서 운동에너지 는 위치에너지 로 바뀌게 되므로

(3)


이다. 여기서 는 중력가속도이고, 는 질량중심이 올라간 높이이다. 이므로

(4)


가 된다. 따라서, 구슬의 초속도 v는

4. 고찰 및 토의

이번 실험도 구슬을 쏘기만 하면 되는 실험이라 비교적 빨리 끝났다. 먼저 속도를 측정하기 위해 주어진 식에서 Mp, m, R㎝를 알고 있으므로 실험을 통해 θ를 구하여 식


에 대입하여 2.84m/s를 구했다.
완전탄성충돌과 완전비탄성충돌을 비교해보면 같은 무게에서 완전탄성충돌의 진자가 더 높이 올라감을 알 수 있었다. 이것은 아마도 완전탄성충돌은 에너지가 계에서 보존이 되지만, 완전비탄성충돌은 에너지가 계에서 보존되지 않고 손실되는 부분이 있어서 나타나는 차이이다. 실험을 하고나서 측정결과를 보면 완전탄성충돌의 이론값과 실험값의 오차율는 약 65% 내외로 완전비탄성충돌 오차율 5% 내외에 비해서 크게 나타났다. 그 이유를 생각해보면, 비탄성충돌은 에너지 손실부분을 감안하고 실험값을 계산하지만, 완전탄성충돌은 손실이 없다는 가정 하에서 실험값을 계산하기 때문이 아닌가 싶다.

참고자료

· 없음