일반물리학 실험 - 이차원 충돌실험
1) 실험 목적
두 개의 물체를 충돌시켜 충돌 전후의 속력을 측정함으로써 충돌 전후의 선운동량을 비교하여 선운동량 보존법칙을 이해한다
2) 실험도구
공기 테이블, 속이 비어 있는 원판 2개, 수준기, 영상분석용 카메라, 송풍기
3) 원리 및 이론적 배경
정지하고 있는 질량 m2인 물체가 속도가 v1으로 충돌하면 이 입자는 충돌 후 그림 1과 같이 운동한다.
이 충돌에서 외력은 0이므로 선운동량은 보존된다. 즉,
이다.
위 식의 입사방향을 x축, 이와 직각방향을 y축으로 하는 좌표계에서 성분으로 표시하면 x 성분 : m1v1 = m1v1 cos1+ m2v2 cos2
y 성분 : 0 = m1v1 sin1 - m2v2 sin2 이다.
또 이 충돌을 탄성충돌이라면 충돌 전후의 계의 운동에너지가 보존되어야 하므로
이다.
만약, 입사물체 m1과 표적물체m2의 질량이 같다면(m1= m2)
식 x성분 : m1v1 = m1v1 cos1+ m2v2 cos2 ,
y 성분 : 0 = m1v1 sin1 - m2v2 sin2 는
이 되어 충돌 후 두 입자의 진행방향은 직각을 이루게 된다.
즉, 1+2= /2이다.
4) 실험 방법
1. 질량 저울을 이용하여 두 물체의 질량을 측정하여 기록하자.
2. 수준기를 이용하여 공기 테이블의 수평을 조절하고, 공기 주입 장치의 전원을 켠다 .
3. 영상 분석용 카메라의 전원을 켠다. physics view를 실행시키고 카메라 분석에서 화면 캡처를 실행한다. 화면에 실험 장치가 잘 나타나도록 하고 경로를 지정하여 준다.
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2014.03.27
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