선운동량 보존 법칙 등록
선운동량 보존 법칙
1. 실험 목적
공기 미끄럼대를 이용하여 1차원 탄성충돌과 비탄성충돌 실험을 하여 충돌 전후의 선운동량과
운동에너지의 변화를 알아본다.
2. 실험 원리
운동량 은 물체의 질량 에 그 물체의 속도 를 곱한 양으로 정의된다. 즉
(8.1)
로 나타내며, 벡터량으로 속도와 같은 방향이다. 그리고 운동량 보존 법칙이란 고립계 즉 계 내의 입사들은 서로 상호작용 하지만 계 외부와는 상호작용하지 않는 계의 총 운동량은 보존된다는 것이며, 다음과 같이 나타낼 수 있다.
(8.2)
입자들이 서로 충돌할 경우, 운동량 보존 법칙에 따르면 충돌전의 운동량의 합은 충돌 후의 운동량의 합과 같다.
그림 8. : 두 물체의 충돌 전후의 상태
a. 완전 탄성 충돌인 경우
일차원에서 정지(해 있는 한 물체에 다른 한 물체가 속도 으로 충돌하는 경우 충돌후 두 물체의 속도를 구해보자. 그림8.1과 같이 충돌한 후 물체 1과 물체2의 속도가 각각 과 으로 주어질때 완전탄성 충돌의 경우 운동량과 에너지가 모두 보존되므로
(8.3)
(8.4)
이 된다. 두 식을 연립하면
(8.5)
(8.6)
로 주어진다. 따라서 충돌 후 물체2는 항상 양의 속도가 되지만 물체1은 질량과 의 크기에 따라 속도가 , 음 또는 양이 된다.
b. 완전 비탄성 충돌
질량 인 물체가 정지()해 있고, 질량이 인 물체가 속도 으로 충돌할 후 두 물체가 결합하여 속도가 이 되었을 경우 운동량은 보존되지만 에너지는 보존되지 않는다. 운동량 보존의 원리에 의하면
(8.7)
이 되고, 만일 두 물체의 질량이 같다면 충돌 후 결합된 물체의 속도 은 다음과 같이 주어진다.
(8.8)
그림 8. : 실험장치 구성도
3. 실험 기구 및 장치
공기 미끄럼대(Air Track), 송풍기, 활차, Smart Timer, 수평계, 추, 저울, 자
4. 실험 방법
(1) 공기 미끄럼대에 송풍기를 연결하고 수평계를 사용하여 미끄럼대가 수평이 되도록 조절나사를 조정한다.
(2) 송풍기를 켜고 활차를 미끄럼의 가운데 올려 놓고 활차가 움직이는지 확인한다. 만약 활차가 한쪽 방향으로 움직이면 미끄럼대의…(생략)
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