[일반물리학 실험] 운동량 보존
1.실험목적
이 실험에서는 운동하는 두 물체가 충돌 전후로 전체 선운동량이 보존됨을 확인한다.
2.관련이론
-운동량 보존의 법칙
어떤 물체가 충돌하는 경우 외부에서 다른 힘이 작용되지 않는 한 운동량은 보존된다. 이 원리는 충돌에 관한 운동학을 설명할 때 아주 유용한 도구가 된다. 이 원리를 운동량 보존이라 한다.
위의 두 속도는 충돌 이전과 충돌 후의 속도이다. 이 실험에서는 두 물체의 운동량이 보존 된다는 것을 알 수 있을 것이다.
질점이 m1, m2, m3…… 인 n개의 질점계에서 선운동량은 그 질량 m과 속도 v의 곱으로 정의되는 벡터이다. 즉 으로 정의하면, 질점계의 선 운동량은 계의 총 질량과 그 질량 중심의 속도와의 곱과 같다.
뉴턴의 제 2법칙은 F=ma 이고 위 식을 시간에 따라서 미분하면
이고, 뉴턴의 제 2법칙과 비교하면 이 된다.
계에 작용하는 외력의 합이 0이라면 그 계의 총 선운동량은 일정하게 유지된다.
즉, P=일정
이 결과를 선운동량 보존의 원리라 한다. 계의 선운동량은 그 계에 작용하는 외력에 의해서만 변화할 수 있다. 계에 작용하는 내력은 크기가 같고 반대인 쌍으로 나타나서, 크기가 같고 방향이 반대인 운동량의 변화를 가져오므로 서로 상쇄된다. 어떤 한 질점계에 대해서 총 운동량은 항상 일정하므로 외력의 합이 0일 때. 각각 질점의 운동량은 변화할 수가 있어도 이들의 총합은 일정하게 유지된다. 선운동량 보존의 법칙은 뉴턴 역학이 적용되지 않는 원지 물리학이나 핵물리학에 있어서도 성립한다. 따라서 이 보존법칙은 뉴턴의 운동법칙보다도 더 기본적이라고 생각할 수 있다.
3. 실험방법
1.에어트랙을 정밀하게 수평으로 맞춘다.
2.그림과 같이 에어트랙 위에 적당한 간격으로 포토게이트를 설치한다.
3.플래그의 길이를 측정하여 기록하고 각 글라이더에 플래그와 범퍼를 장착한다
4.두 글라이더의 질량을 측정하고 에어트랙의 양쪽편에 올려놓는다
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2013.12.10
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