[자연과학] 물리학 및 실험 - 충돌 및 운동량 보존

▣ 제 목
- 충돌 및 운동량 보존
▣ 목 적
이 실험에서는 충돌하는 두 물체의 운동을 통하여 선운동량이 보존됨을 확인하고 역학적 인 에너지도 보존됨을 확인하고, 두 개의 쇠공을 충돌시켜 충돌 전후의 속력을 측정함으로써 충돌전후의 선운동량을 비교하여 선운동량 보존법칙을 이해하도록 한다.
▣ 이 론
- 어떤 물체가 충돌하는 경우 외부에서 다른 힘이 작용되지 않는 한 운동량은 보존된다. 이 원리를 운동 량 보존이라고 하며, 수식을 나타내면
이 된다.
- 질점이 , , 인 n개의 질점계에서 선운동량은 그 질량 m과 속도 v의 곱으로 정의되는 벡터이다. 즉
로 정의하면 질점계의 선운동량은 계의 총 질량과 그 질량 중 심의 속도와의 곱과 같게 된다.
- Newton’s Second Law에서 Equation of motion을 보게 되면 (는 계에 작용하는 모든 외력 벡터의 합)이므 로 위의 식을 시간(t)에 따라 한 번 미분하게 되면
이 되고, Equation of motion과 비교하면 이 된다. 따라서 외력의 합이 0이면 선운동량은 일정하게 보존이 된다.
▣ 실험방법

① 에어트랙(Air Track)을 수평계를 이용하여 정밀하게 수평을 맞춘다.

(…(생략)

② 포토게이트와 에어트랙과 글라이더를 설치한다.

③ 글라이더에 범퍼와 플래그를 장착한다.

④ 두 글라이더의 질량 , 를 측정한다.

⑤ 포토게이트를 gate 모드로 맞춘다.

⑥ 글라이더 하나를 포토게이트 사이에 놓고 나머지 글라이더를 포토게이트 사이가 아닌 외곽에 놓는다.

⑦ 외곽에 있는 글라이더를 포토게이트 사이에 있는 글라이더 쪽으로 힘을 주어 이동시킨다.

⑧ 글라이더가 포토게이트를 지날 때의 시간을 구하여(5회), 속도를 계산하고, 운동량이 보존되는지 확인 한다.

⑨ 각각의 글라이더에 추를 달아 질량을 달리하면서 위와 같은 실험을 반복한다.

⑩ 글라이더가 멈춰있는 것이 아닌 서로 반대방향으로 움직였을 경우를 측정하기 위해 양 글라이더를 포토게이트 사이가 아닌 왼쪽 외곽, 오른쪽 외곽에 설치한다.

⑪ 두 글라이더를 서로 반대방향으로 힘을 주어 이동시켜 포토게이트에 측정되는 시간을 측정한 후 각각의 속도를 구한다.

A. 정지해 있는 에 움직이는 이 충돌하는 경우

B. 정지해 있는 에 움직이는 이 충돌하는 경우