[자연과학] 물리학 실험 - 당구의 역학[충돌을 전후로 한 운동량 보존 여부와 에너지 보존 여부를 조사]

물리학 실험 - 당구의 역학[충돌을 전후로 한 운동량 보존 여부와 에너지 보존 여부를 조사]

1. Introduction

1)실험 개요

당구공의 굴림과 충돌은 강체의 회전 운동과 2차원 충돌 현상을 공부하는 대상으로서 훌륭한 역할을 한다. 이 실험에서는 편의상 회전 운동을 제외시킨 알루미늄 판의 2차원 충돌 실험을 마찰을 줄인 공기 흐름판 위에서 수행한다. 마찰이 없는 판 위에서 운동하는 두 물체 사이의 충돌 과정을 통해서 전체 계 즉, 두 물체에 가해지는 힘은 내력뿐이므로, 계의 운동량은 충돌 전후에 보존된다. 그러나 역학적 에너지는 충돌 중에 소리, 열 등으로 변환되어 감소될 수 있다. 이 실험에서는 충돌이 일어나는 전후로 시간에 따른 물체의 위치에 대한 흔적을 얻고, 이로부터 속도를 측정하여 운동량 보존과 에너지 보존 여부를 조사한다. 또, 탄성체에 충돌하는 물체의 운동을 살피고, 물체의 운동에너지와 철 띠의 탄성 퍼텐셜 에너지 사이의 교환을 조사한다. 물체의 회전 운동과 마찰력에 의한 영향도 함께 탐구한다.

2)실험 목적

이 실험의 목적은 실험의 요약에서 밝힌바와 같이, 마찰을 되도록 줄인(실험…(생략)

3) 실험 장치

4) 실험 방법

① 실험대 위에 놓여진 철판에 기록용지를 평평하게 잘 편다.[이 과정은 이미 되어 있을 수도 있다. 그러나 팩스(FAX) 기록 용지의 매끄러운 면이 위를 향해 놓여졌는가 확인한다. - 반대로 놓이면 기록되지 않음에 주의]

② 수평기를 흐름판의 중앙에 놓았을 때, 수평기의 공기 방울이 가운데에 있지 않으면 흐 름판의 위치나 받침용 고무판을 조절하여 수평으로 맞춘다.

b. 두 알루미늄 판의 충돌 흔적을 동시에 얻어서 2차원 충돌 현상을 공부한다.

① 두 알루미늄 원판을 모두 공기 흐름판 위에 놓고 쓸림이 없이 움직이는가 확인한다.

② 악어 집게가 달린 전선으로 불꽃 방전 계시기의 GND 단자를 철판 가장자리에 솟아 있 는 단자에 연결하고, 두 고압 단자를 압축공기 밸브 근처에 있는 두 전극 선에 각각 연결 시킨다. [주의: 접지(GND) 단자로부터 철판으로의 연결선이 연결되어 있지 않으면 은박지 (종이)로부터 감전의 위험이 생긴다.]

③ 불꽃 방전 계시기의 전기 꽂이를 220 V 전원 받이(콘센트)에 꽂은 다음, 떨기 수 조절 손잡이는 20 Hertz(Hz), 전압 조절 손잡이는 (함께) MAX 위치에 놓는다.

④ 몇 차례의 연습을 거쳐, 두 알루미늄 판의 속력과 충돌 각을 정한다.

⑤ 불꽃 방전 계시기의 두 빨간 색 고전압 ON/OFF 누름 여닫이(push button)를 동시에 눌러 함께 가동시켜, 두 알루미늄 판의 위치 변화에 대한 흔적을 충돌 전후에 각각 30 cm 정도씩 얻는다. 이때 두 알루미늄 판에서 손을 뗀 다음에 불꽃 방전 계시기의