[자연과학] 물리학실험 - 2차원 충돌에 의한 선운동 보존의 법칙

물리학실험 - 2차원 충돌에 의한 선운동 보존의 법칙

1.실험목적

두 개의 쇠공을 충돌 전후의 속력을 측정함으로써 충돌 전후의 선운동량을 비교하여 선운동량 보존법칙을 이해한다.

2.기본 원리

정지하고 있는 질량 인 입자에 질량 인 입자가 속도 으로 충돌하면 이 두 입자는 충돌 후 그림 1 과 같이 운동한다.
이 충돌에서 외력은 0이므로 선운동량은 보존된다. 즉,
+0=+ (1)

이다. 식 (1)을 입사방향을 x축, 이와 직각방향을 y축으로 하는 좌표계에서 성분으로 표시하면

x성분: =+
y성분:0=- (2)
이다. 또 이 충돌이 탄성충돌이라면 충돌 전후의 계의 운동에너지가 보존되어야 하므로
=+ (3)
이다.
만약, 입사입자 과 표적입자 의 질량이 같다면 (=) 식 (3)은
=+ (4)
이 되어, 충돌 후 두 입자의 진행방향은 직각을 이루게 된다. 즉,
+= (5)
이다.
3.실험기구
2차원 충돌장치 갱지와 먹지
클램프…(생략)

4.실험방법

① 2차원 충돌장치를 실험대 끝에 클램프로 고정하고, 수직기, 갱지, 먹지를 놓고 장치한다.

② 질량이 같은 두 개의 쇠공을 준비하여 하나는 표적구로, 또 하나는 입사구로 사용한다.

③표적구 없이 입사구를 일정한 높이의 기준점에서 굴러내려 떨어진 장소와 수직기 끝점이 지시하는 지점과의 수평거리를 5회 측정하여 평균을 구한다.

④ 입사구가 낙하한 수직거리 H를 구한다.

⑤ 과정 ③,④의 측정값으로써 입사구의 속력 을 구한다.

⑥표적구를 입사구와 약 의 각을 유지하도록 올려 놓고, 과정 ③에서 정 해 놓은 기준점에서 입사구를 굴러내려 충돌시킨 후 두 공이 떨어진 지점 의 수평거리 과 , 입사방향과 이루는 각 과 를 측정한다. 이와 같은 과정을 5회 반복하여 평균을 구한다. 이 때 벡터의 시작점은 아래 그림을 참고로 하여 정해야 한다.

⑦표적구와 입사구의 각()을 약 로 놓고 과정 ⑥을 반복한다.

⑧ , , , 로부터 충돌 후 입사구와 표적구의 속도 과 를 계산한 다.

⑨입사구와 표적구의 질량과 반경을 측정하여 기록한다.

5.실험결과

(1)측정값

56.7

27.16

①=14

(2)계산값

①충돌 전 입사구 속력

②충돌 후 입사구, 표적구 속력

58.2

59.2

②=

(2)계산값

①충돌 전 입사구 속력

②충돌 후 입사구, 표적구 속력