선운동량 보존 (탄성충돌)
1. 목적
두 개의 쇠공을 충돌시켜 충돌 전후의 속력을 측정함으로써 충돌 전후의 선운동량을 비교하여 선운동량 보존법칙을 이해한다.
2. 이론 및 원리
정지하고 있는 질량 인 입자에 질량 인 입자가 속도 으로 충돌하면 이 두 입자는 충돌 후 그림 1과 같이 운동한다.
이 충돌과정에서 외력의 합 은 0이므로 선운동량은 보존된다. 즉, 이므로 =상수이다.
따라서
이다. 위 식을 입사방향을 축, 이와 직각방향을 축으로 하는 좌표계에서 성분으로 표시하면
성분 :
성분 :
이다. 또 이 충돌이 탄성충돌이라면 충돌 전후의 계의 운동에너지가 보존되어야 하므로
이다.
만약, 입사입자 과 표적입자 의 질량이 같다면 (), 성분의 식은
이 되어, 충돌 후 두 입자의 진행방향은 직각을 이루게 된다. 즉,
이다.
3. 실험 기구
2차원 충돌장치 (그림 2), 질량이 같은 쇠공 2개, 수직기, C형 클램프, 갱지와 먹지, 자와 각도기
4. 실험 방법
(1) 입사구 및 표적구의 질량과 반경을 각각 측정하여 데이터 시트에 기록한다.
(2) 2차원 충돌장치를 실험대 끝에 C형 클램프로 고정하고, 수직기, 갱지 및 먹지를 그림 2와 같이 장치한다.
(3) 질량이 같은 두 개의 쇠공을 준비하여 하나는 표적구로, 또 하나는 입사구로 사용한다.
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2013.04.15
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