직선무마찰실험(예비레포트)

소개

마찰이 없는 미끄럼판 트랙(air track)에서 병진운동, 진동운동 및 충돌에 의한 운동량 보존법칙 등 여러 가지 역학적 현상을 관찰한다.

목차

1. 실험제목
2. 날짜및시간
3. 이름및공동실험자
4. 실험목적
5. 실험원리
6. 실험기구및장치
7. 실험방법

본문내용

1) 1차원 등속운동

평평한 면 위에서 어떤 물체를 밀었다 놓으면 점점 속력이 줄어 멈추게 됨을 알 수 있다. 일상적인 이런 현상은 물체에 작용하는 외력이 제거되면 마찰에 의해 운동이 멈춘다는 사실을 보여준다.
그러나 갈릴레이(Galileo Galilei; 1564-1642)는 다음과 같은 추리로 이상적 물체의 운동을 생각했다. 즉, 더 매끄러운 면 위에서 물체에 외력이 가해진다면 보다 천천히 속력이 감소할 것이며, 더욱 더 마찰을 줄이면 좀 더 먼 거리를 움직일 것이고, 결국 마찰이 전혀 없다면 무한히 일정한 속력으로 움직이게 될 것이다. 물론, 이 원리를 뉴턴(Newton) 은 그의 세 가지 운동법칙 중 제1법칙(관성의 법칙)으로 택했다.
이 실험에서는 직선형 미끄럼판 트랙(track)에 압축공기를 균일하게 공급하여 활차(glider)와 트랙의 마찰을 최대한 줄여 무마찰 운동을 실현한 실험이다. 두 포토게이트(photogate)를 통과한 활차의 속력을 비교함으로써, 물체의 운동을 이해하고자 하였다.


2) 운동량과 충돌

운동량 보존원리와 총 에너지 보존원리를 사용하여 충돌 후 결과를 생각할 수 있다. 질량이 이고 충돌전의 속도 충돌후의 속도 라 하자. 한쪽 방향을 운동량과 속도의 양의 방향으로 잡는다. 우선 탄성충돌(elastic collision)일 경우에 운동량 보존법칙에 따라



가 성립한다. 이때, 운동에너지가 보존되는 경우



이며 위 두 식으로부터 충돌후 속도




를 얻는다. 완전 비탄성 충돌일 경우에는 운동량 보존원리를 사용해서



에서 를 알 수 있다.


3) 가속도와 뉴턴(Newton)의 제2법칙

(1) 등가속도 직선 운동시, 평균 가속도와 순간 가속도는 같다.
따라서,

(4-1)

여기에서 는 시간, 는 초기속도( 일때 속도)이고 는 가속도이다.
마찬가지로 변위 는

(4-2)

여기에서 는 초기위치( 일때 물체의 위치)이고, 는 평균속력이다.
평균속력 는

(4-3)

는 초 후의 나중속력이다.
(2)와 (3)에서

(4-4)

이며, (1)과 (4)에서 를 소거하면

(4-5)

그러므로 (5)에서 가속도 는

(4-6)
이다.

(2) 뉴턴(Newton)의 제2법칙에 의해 도르레에 매달린 질량 에 의해 에 가속도 가 생기므로




이것은 마찰을 무시한 질량 의 이론적인 가속도이다.

참고자료

· 없음