[자연과학]일반물리학실험 - 선운동량 보존법칙

선운동량 보존법칙

1. 실험 목적

질량과 속도의 곱으로 정의되는 선운동량(liner momentum) 보존법칙을 설험으로 증명한다.

2. 실험 장비

- Air track
- bumper 3개
- glider (활차) 2개
- photogate timer 2개
- air supply (송풍기)
- 수평계
- 분동 set

3. 실험 이론

선운동량은 물체의 질량에 속도를 곱한 양으로 정의된다.
선운동량 보존법칙
운동량을 , 질량을 으로, 속도를 로 나타내면 운동량은 가 된다.
그리고 직선위를 움직이는 운동량을 선운동량이라고 한다. 선운동량을 이용하여 뉴턴 방정식을
즉,
로 표현할 수 있다.
이 식에서 만일 물체에 작용하는 힘이 영이면(또는 작용힘의 합이 영이면, 〓0이면) 운동량의 시간에 대한 변화율 가 영이므로 선운동량 는 시간이 지나도 바뀌지 않는다. 이것을 선운동량 보존법칙이라고 한다.
선운동량 보존법칙이 식으로는
(, : 두 물체의 질량, , : 두 물체의 초기속도
, : 두 물체의 나중속도, , : 충돌전후의 운동량)
로 나타낼 수 있다.

4. 실험 방법

1) 수평계를 이용하여 Air track 양쪽 끝을 수평이 되도록 Air track의 수평 조절나사를 이용한다.

2) photogate timer를 설치하고 탄성충돌 조건을 위해 glider (활차)에 bumper를 착용한다.

3) bumper (활차) 의 질량 , 와 길이 를 측정한다.

4) 두 개의 photogate time를 형식으로 설치하고 버튼을 누른다.

5) bumper (활차) 2개를 두 photogate 사이에 정지상태로 둔다. 송풍기를 작동시킨다.

6) bumper (활차)의 질량이 같을 때 (〓) glider 1을 glider 2를 향해 민다.

7) 를 각각 측정한다.

8) glider 1의 질량()과 glider 2의 질량()을 증가시키면서 ⑦을 행한다.

9) glider 1과 glider 2의 , , , 를 측정한 시간과 glider의 길이 를 사용하여 구한다.

(…(생략)

10) 9)에서 구한 값으로 충돌 전 운동량 와 충돌 후 운동량 를 구한다.

11) 선운동량 보존법칙이 성립되었는지 확인한다. (〓일정 or 〓)

5. 실험 결과

(1) 1차 실험 ( 〓 , 〓 0 일 때)

(2) 2차 실험 ( 〓 , ≠ 0 일 때)