일반물리학 실험 - 운동량 보존
1. 실험 제목 : 운동량 보존
2. 목적
- 이 실험에서는 충돌하는 두 물체의 운동을 통하여 선운동량이 보존됨을 확인하고 역학적인 에너지도 보존됨을 확인한다.
3. 이론
선운동량 보존법칙 : 입자계에 작용하는 외력이 없을 때에는 계의 질량 중심의 속도는 일정하며, 계의 총운동량이 일정하게 보존된다. 총운동량은 시간에 따라 변하지 않는다. 혹은 고립계의 총 운동량은 물체들 사이에 작용하는 힘들에 무관하게 보존된다.
선운동량의 보존법칙은 물리학에서 가장 중요한 법칙중의 하나이며 외부 힘이 차단된 고립계에는 항상 적용할 수 있다. 내부 힘은 비 보존력일 수도 있기 때문에 이러한 내부 힘은
역학적 에너지를 변화시킨다. 그러나 그 내부 힘은 항상 쌍으로 존재하기 때문에 계의 총운
동량을 변화시키지는 않는다. 또한 알짜 외력이 영이 아닌 경우에도 근사적으로 적용된다.
이것이 적용되는 경우는 내력이 외력보다 훨씬 큰 경우이다. 예를 들어 폭발이나 충돌인 경
우, 아주 짧은 시간동안 물리적인 작용이 일어나는 경우 외부의 힘이 계의 전체 운동량을
눈에 띄게 바꾸지 못한다. 이 경우 물리적인 작용 직후에 입자들의 운동량은 내력에 의해서
거의 결정된다.
- 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 보존된다는 것을 알 수 있을 것이다.
질점이 인 개의 질점계에서 선운동량은 그 질량 과 속도 의 곱으로 정의되는 벡터이다. 즉
으로 정의하면, 질점계의 선운동량은 계의 총 질량과 그 질량 중심의 속도와의 곱과 같다.
뉴턴의 제2법칙은 (는 계에 작용하는 모든 외력의 벡터의 합)이고 위의 식을 시간에 따라서 미분하면
이고, 뉴턴의 제2법칙과 비교하면
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2013.12.26
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