[자연과학] 물리 및 실험 - 2차원 충돌 실험

1. 실험목표
두 개의 쇠공을 충돌시켜 충돌 전후의 속력을 측정함으로써 충돌 전후의 선운동량을 비교하여 선운동량보존법칙을 이해한다.

2. 실험내용
이 실험에서는 2차원충돌장치, 수직기, 갱지, 먹지, 질량이 같은 쇠공 2개, 클램프, 자와 각도기, 버니어 캘리퍼스 등이 있다.
이 실험에 쓰이는 공식에 대해서 설명하자면,
정지하고 있는 질량 m2인 입자에 질량 m1인 입자가 속도 v1으로 충돌하면 이 두 입자는 충돌 후 그림 1과 같이 운동한다.

이 충돌에서 외력은 0이므로 선운동량은 보존된다. 즉,
.......(1)
이다. 식 (1)을 입사방향을 x축, 이와 직각방향을 y축으로 하는 좌표계에서 성분으로 표시하면

x성분 :
y성분 :

이다. 또 이 충돌이 탄성충돌이라면 충돌 전후의 계의 운동에너지가 보존되어야 하므로
.........(3)
이다.
만약, 입사입자 m1과 표적입자 m2의 질량이 같다면 식 (3)은

..................(4)

이 되어, 충돌 후 두 입자의 진행방향은 직각을 이루게 된다. 즉,
.................(5)
이다.

이 실험의 순서에 대해서 설명하자면,
2차원 충돌장치를 실험대 끝에 클램프로 고정하고, 수직기, 갱지를 …