[자연과학] 일반물리학 실험 - 탄동진자(Ballistic pendulum) 실험

탄동진자
(Ballistic pendulum)

1. 실험 목적

탄동진자를 이용하여 탄환의 속도를 측정해서 에너지 보존 법칙을 확인하고
이해한다.

2. 이론

초기속력 v로 운동하고 있는 질량 m인 탄환이 질량 M인 진자와 충돌한 후, 진자에 박힌 채 높이 h만큼 올라가는 장치를 탄동진자라고 부른다. 올라간 높이 h를 측정해서 박힌 탄환의 초기속도를 결정할 수 있는데, 충돌이 일어나는 동안 역학적 에너지는 보존되지 않으나, 운동량은 보존되기 때문이다. 충돌 전과 후의 운동에너지는 운동량 보존 법칙에 서부터 유도되어 다음의 식이 성립된다.
충돌후에는 역학적 에너지가 보존되며, 진자가 높이 h에 위치했을 때의 운동에너지는 위치에너지 (m+M)gh로 전환되므로,
h〓 r - rcosθ 이므로, 탄환의 초기속도 v는

가 된다.

3. 기구 및 장치도
※탄동진자 실험장치 : 탄동진자를 통해서 이론적 속도를 구할 수 있고 속도계가 부착되어
있어서 실제 속도도 알 수 있다
※구슬 보관 케이스 : 쉽게 잃어버릴 수 있는 구슬을 보관.
※발사대와 속도계 :
구…(생략)

4. 방법

①우선 구슬 보관 케이스에 쇠구슬 1개와 나무구슬 1개가 있는지 확인하고

②나사의 중심에서부터 진자의 길이를 주어진 자로 측정한다.

③진자의 나사를 돌려 진자를 실험대에서 분리 한 후 전자저울로

④진자의 질량 측정 후 진자를 실험대의 원위치에 다시 고정한다.

⑤구슬 보관 통을 들어올려 쇠구슬과 나무구슬을 꺼낸 후 전자저울로 질량을 잰다.

⑥각도 지시계를 0에 맞춘다.

⑦어댑터에 전원을 연결하고 속도계에 숫자가 나오는지 확인한다.

⑧발사대에 구슬을 정확히 고정하고 장전레버를 힘차게 당긴다.

⑨방아쇠를 당기기전 속도계의 리셋버튼을 누른다.

⑩실험을 실행한 후 속도계에 나타난 숫자와 각도지시계가 각도기를 가르키는 각도를

⑪발사대를 1단, 2단, 3단으로 바꾸고 구슬을 바꾸며 실험한다.

5. Data & 계산