2-10 선운동량 측정1. 목적운동량은 물리학에서 우리의 일상 생활과 직결되는 가장 구체적인 양이다. 힘은 역학에서 가장 중요하게 쓰이는 용어이지만, 질량에 약간은 추상적인 가속도라는 물리량을 곱하기 때문에 구체적인 양은 아니다. 반면에 물체의 질량과 그 물체가 움직이는 속력의 곱으로 나타내는 운동량의 크기는 쉽게 짐작할 수 있는 양이다. 물체가 충돌할 때 충돌의 형태에 따라 운동에너지는 보존되기도 하고 보존되지 않기도 하지만 운동량은 항상 보존된다. 운동량의 단위는 kmCDOTm/s이다.본 실험에서는 에어트랙을 이용하여 충돌 전후의 수레(glider)의 속력을 측정하여 운동량과 운동에너지가 보존되는 지를 조사해 본다.2. 이론물체가 서로 충돌할 때 두가지 경우로 분류할 수 있다. 하나는 탄성 충돌하는 경우이고 다른 하나는 비탄성충돌이다. 탄성충돌의 경우에는 충돌 전후에 운동량과 운동에너지 모두가 보존되지만, 비탄성 충돌의 경우에는 충돌 전후에 운동량만 보존된다. 질량이 각각{ m}_{ 1},{ m}_{ 2}인 물체의 충돌 전후의 속력을 각각{ v}_{ 1i},{ v}_{ 2i},{ v}_{ 1f},{ v}_{ 2f},라고 할 대, 탄성 충돌의 경우 운동량과 운동에너지는 아래식과 같이 보존한다.{m}_{ 1} {v}_{1i} +{m}_{ 2} {v}_{2i} = {m}_{ 1} {v}_{1f}+ {m}_{ 2} {v}_{2f}(1){1}over{2}{m}_{ 1} {{v}_{1i}}^{2} +{1}over{2}{m}_{2}{{v}_{2i}}^{2} = {1}over{2}{m}_{ 1} {{v}_{1f}}^{2}+ {1}over{2}{m}_{ 2} {{v}_{2f}}^{2}(2)충돌 후 두 물체가 결합하여 하나가 되는 비탄성충돌의 경우, 운동량만 아래식과 같이 보존된다.{m}_{ 1} {v}_{1i} +{m}_{ 2} {v}_{2i} = ({m}_{ 1} + {m}_{ 2}) {v}_{f}(3)3. 기구 및 장치에어트랙(air Track)송풍 장치수준기수레(Glider)타이머(photogate Timer) 2대4. 실험 방법(1) 에어트랙의 전원을 켜고 공기의 압력이 적당하도록 스위치를 조정한다.(2) 에어트랙의 중앙에 수레를 올려 놓고 정지 상태에서 가만히 놓아 준다. 수레의 움직임을 관찰하여 수평이 유지되도록 다리 부분의 나사를 조정한다.(3) 에어트랙의 중앙 부분에 2대의 타이머(타이머 1, 타이머 2)를 가능한 한 가깝게 장치하고 타이머의 사간을 0으로 놓는다.(reset). 수레를 살짝 밀어 에어트랙의 왼쪽에서 오른쪽으로 타이머가 지나가도록 한다. 수레가 반사되어 다시 지나가지 못하도록 오른쪽에서 잡는다. 타이머의 시간을 그대로 두고 이번에는 수레를 오른쪽에서 왼쪽으로 지나가도록 살짝 밀어 준다. 이 과정을 (왼쪽에서 오른쪽으로, 오른쪽에서 왼쪽으로) 두 번 더 반복하여 전체 6번 누적된 시간을 각각{ t}_{ 1},{ t}_{ 2}로 기록한다.(4) 이 두 시간은 같아야 하지만 서로 다를 경우 타이머 1의 시간을 표준으로 하고 타이머 2의 시간을 아래와 같이 보정하여 준다.{ C}_{2 } ={{t}_{1}}over{{t}_{2}}여기서는{C}_{2}는 보정인자이다. 이제부터 타이머 2에 의하여 측정된 시간은{C}_{2}를 미리 곱하여 기록하여야 한다. 그렇게 함으로써 두 타이머의 영좀 조정이 동일하게 된다.(1) 수레 2대를 에어트랙 중앙부분에 대어 놓고 좌우 양쪽으로 약 3츠정도 떨어진 곳에 타이머 1(왼쪽)과 타이머 2(오른쪽)를 설치한다. 타이버의 위치를 각각{ x}_{ 1},{ x}_{ 2}로 기록한다.(2) 한 수레에 추를 얹어 무게를 다르게 한 후 질량을 측정하여 가벼운 수레의 질량을{ m}_{1 }, 무거운 수레의 질량을{ m}_{2 }로 lrfhr한다. 또한 수레의 길이를 측정하여 각각{ L}_{ 1},{ L}_{ 2}로 기록한다.(3)정지하고 있는 무거운 수레에 가벼운 수레로 충돌:a) 아래의 왼쪽 그림과 같이 수레 1은 타이머 1의 외쪽 3cm되는 곳에, 수레 2는 타이머 2의 오른쪽 3cm되는 곳에 놓는다. 아랫 첨자 I와 f는 충돌전과 충돌후를 의미한다.b) 타이머의 값을 0으로 한 후 수레 1을 살짝밀어 타이머1을 지나 수레 2와 충돌시킨다. 타이머 1의 시간을 재빨리 읽어 기록하고, 반사되어 돌아오올 때의 누적된 시간을 기록한다. 수레 2가 타이머 2를 지나간 시간도 함께 기록한다. 충돌 상황은 아래 그림과 같다.
![[물리학] 선운동량](https://image4.happycampus.com/Production/thumbnail/2003/04/29/data1206910-0001.jpg)
