1. 실험목적
탄동진자를 사용하여 운동량보존법칙과 에너지보존법칙으로부터 탄환의 초기속도를 유도한다.
2. 이론
질량인 탄알을 질량인 탄동진자에 수평방향으로 속도 로 쏘면 충돌 전 공의 운동량은 충돌 후 탄동진자+탄알의 운동량과 같아지며, 운동량보존법칙(충돌 전후 운동량이 보존된다.)을 확인 할 수 있다.
운동량보전법칙에 의해 식은 다음과 같다.
(:탄알의질량, :탄알의초기속도, :탄동진자의 질량, :탄알이 박힌 뒤의 탄동진자의속도)
탄알이 박힌 탄동진자는 의 속도로 진자의 무게중심이 최대가 되는 까지 올라가게 되는데 최대높이에서는 역학적 에너지보존법칙 때문에 운동에너지는 전부 위치에너지로 바뀌게 된다.
그러므로 역학적 에너지보존법칙에 의해서
따라서 이다. 즉 운동량 보존법칙에 의해서 초기속도 를 구할 수 있다.
여기서 는 진자가 최대일 때 높이이므로
은 진자의 길이이며, 즉 위의 식을 정리하면
3. 실험방법
장치 - 발사대, 탄동진자 액세서리, 쇠공, 플라스틱 공, 저울, 자, 회전운동 센서
① 그림과 같이 실험장치를 설치한다.
② 회전축에서 질량중심까지의 길이 (R)를 측정한다. 진자에 쇠공이 들어갔을 때의 쇠공의 중심이 바로 질량 중심이 된다.
③ 진자의 질량(M)과 쇠공의 질량 (m)을 측정하여 표에 기록한다.
④ 발사총에 쇠공을 short가 되게 넣는다. 이때 탄동진자를 끝까지 밀어 올려 고정시킨 후 쇠공을 넣어야 한다.
⑤ 탄동진자를 발사총구 정면에 흔들리지 않게 두고 각도기를 0점으로 맞춘다. 이때 공이 용수철에 고정되도록 한다.
⑥ 발사한 후에 공의 속도(v)와 최대각도()를 측정한다.
⑦ ②~⑥까지의 실험을 여러 번 반복하고 평균값을 표에 기록한다.
⑧ 진자의 질량(M)을 변화시켜 가며 실험 ②~⑦을 반복한다.
⑨ 발사대의 스프링을 medium, long으로 변화시켜 가면서 실험 ②~⑦을 반복한다.
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2012.02.29
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