1. 실험 제목 : 운동량 보존
2. 실험 목적 : 이 실험에서는 운동하는 두 물체가 충돌 전후로 전체 선운동량이 보존됨을 확인한다.
3. 관련 이론
- 충돌
상대운동의 운동량과 각운동량은 충돌과 관계없이 항상 보존되지만, 충돌 후의 운동에너지는 보존되지 않는 경우도 있다. 운동에너지가 충돌 후에 변하지 않는 충돌을 탄성충돌 또는 완전탄성충돌이라 하고, 열의 방출이나 전자기파의 복사 또는 내부에너지변화 등을 수반함으로써 충돌 후에 운동에너지가 보존되지 않는 경우 비탄성충돌과 완전 비탄성충돌이 있다.
거시적인 두 물체의 충돌일 경우 접촉점에서 법선방향의 상대속도 성분의 충돌 전후의 비를 반발계수(e)라 하는데, e＝1일 때에는 운동에너지가 변하지 않으므로 완전탄성충돌이다. e＝0일 때에는 두 물체가 부착해서 운동하게 되는데 이것을 완전비탄성충돌이라 한다. 실제로는 이 양극단의 중간인 0＜e＜1인 비탄성충돌이 대부분이다. 접촉점에 상대속도의 접선방향 성분이 있을 경우에는 e 이외에 마찰계수를 써서 충돌 후의 두 물체의 운동을 정할 수 있다.
- 운동량 보존
운동의 제2법칙에 따르면 힘은 질량과 가속도의 곱 또는 운동량의 시간변화율로 나타난다. 따라서 외부의 힘이 작용하지 않거나 합력이 0이면 물체의 운동 상태는 변하지 않고 관성을 유지한다. 이런 관성계에서 운동량의 총합은 항상 변하지 않고 보존된다. 여러 개의 물체로 이루어진 계의 경우, 물체끼리 충돌할 때 각각의 운동량은 바뀌지만 결국 전체의 총합은 변하지 않는다. 이것을 이용하여 충돌 후의 속력 변화를 계산할 수 있다.
완전탄성충돌 뿐 아니라 비탄성충돌이 일어나도 전체의 운동량은 보존된다. 반면 운동에너지는 완전탄성충돌의 경우만 보존되고, 비탄성충돌의 경우에는 열에너지, 소리에너지 등으로 전환되어 감소한다. 그러나 이때 열과 소리 등을 모두 더한 전체의 에너지는 보존된다. (에너지 보존법칙)
- 운동량 보존과 작용·반작용
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2012.04.17
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