1. 실험 목적
충돌하는 두 물체의 운동을 통하여 선운동량이 보존됨을 확인하고 역학적인 에너지도 보존됨을 확인한다.
2. 이론
만약 외부에서 힘이 가해지지 않는다면, 그 계의 운동량의 합은 일정하다. 이것은 뉴턴의 관성의 법칙에 따른 것이다. 충돌 시에도 운동량은 보존된다. 두 물체의 질량을 m1, m2, 충돌 전의 속도를 , 충돌 후의 속도를 , 라고 하면 다음의 식이 성립한다.
f
이 때 e = - / - 를 반발 계수라고 부르고, 0 이상 1 이하의 값을 가진다. 만약 e = 1인 경우의 충돌은 탄성 충돌이라고 부르고, 이 때에는 운동 에너지 보존 법칙, 즉
이 성립한다.
1차원 상의 탄성 충돌일 경우에는 두 물체의 속도는 다음과 같다.
e [1인 경우는 비탄성 충돌이라고 하고, 특히 e = 0인 경우는 완전 비탄성 충돌이라고 부른다. 이때에는 충
돌한 두 물체가 같이 붙어서 움직인다.
3. 기구 및 장치
① 에어트랙, 압축공기 공급장치
② 포토게이트 타이머 2개
③ 글라이더 2개, 플래그 2개, 범퍼 2개
④ 기타(미터자, 받침목, 수평자)
4. 실험방법
① 에어트랙을 정밀하게 수평으로 맞춘다(에어트랙의 수평 정도는 실험값에 영향을 미치는 요소의 하나이므로 주의한다.).
② 포토게이트와 글라이더를 설치한다.
③ 글라이더에 플래그와 범퍼를 장착한다(이때 범퍼는 글라이더를 탄성충돌을 시키기 위한 장치이다.).
④ 두 글라이더의 질량 m₁과 m₂를 측정한다(장착한 플래그의 질량이 글라이더의 질량에 비해 매우 가벼우면 무시할 수 있다.).
⑤ 두 포토게이트를 gate 모드로 놓는다.
⑥ 오른편의 글라이더 2를 두 포토게이트의 중간에 위치시키고 왼편의 글라이더 1을 글라이더 2쪽으로 민다.
⑦ 글라이더 2가 오른편의 포토게이트를 지날 때의 속도를 구하여 운동량이 보존되는지에 대하여 알아본다.
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2013.04.03
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