[충돌 및 운동량 보존]
●실험목적
충돌하는 두 물체의 운동을 통하여 선운동량이 보존됨을 확인하고 역학적 에너지도 보존됨을 확인한다.
●이론
운동량보존법칙이란 한 입자에 작용하는 힘은 그 입자의 운동량을 변화시키므로 어떤 입자
가 외부로부터 다른 힘이 작용하지 않는다면 그것의 운동량은 시간이 지나더라도 같은 값을
가지고 운동량은 보존된다.
이러한 관계는 입자가 많이 있는 경우도 성립하고, 입자가 많이 모여 있는 입자계의 총
운동량은 외부에서 받는 전체의 힘에 의해 변화되게 된다.
충돌과 운동량보존은 두 공이 서로 충돌하여 되튀어 나가는 과정이라고 할 수 있다. 이때
충돌이 일어나는 극히 짧은 시간 동안 두 공은 서로에게 큰 힘을 미치게 된다. 공1이 공2로
부터 받는 힘을, 공2가 1로부터 받는 힘으로 한다면 이 두 힘은 작용과 반작용으로서 크기
가 같고 방향이 반대가 되므로 각각이 받는 충격량 역시 크기가 같고 부호가 반대가 되어
이들이 변화시킨 운동량도 반대의 값을 갖는다.
따라서 충돌하는 과정에서 두 공의 운동량의 합은 항상 일정하게 유지되고, 두 물체가 외력
을 받지 않는다면 입자계의 운동량보존법칙에 따라 당연히 위 관계가 성립해야 한다. 그러
나 충돌이 극히 짧은 시간에 일어난다면 비록 외력이 있더라도 충돌 전후의 운동량은 보존
된다고 말 할 수 있다. 예를 들어 방망이로 야구공을 치는 경우라면 공이 중력을 받고 있어
외부와 고립된 것이 아니지만 과격이 일어나는 시간이 극히 짧고 그 시간동안의 접촉 힘은
중력에 비하여 훨씬 커서 중력의 영향을 무시할 수 있는 것이다.
●실험장치 및 기구
에어트랙, 압축공기 공급 장치, 포토게이트, 포토게이트 타이머, 글라이더, 범퍼, 추, 받침목
●실험방법
1.에어트랙을 수평으로 맞추고, 2개의 포토게이트와 2개의 범퍼+글라이더를 설치한다.
2.글라이더의 질량을 측정하고, 포토게이트 타이머를 gate 모드로 맞춘다.
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2013.04.03
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