1. 실험목적
공기 미끄럼대를 이용하여 1차원 탄성 충돌과 비탄성 충돌 실험을 하여 충돌 전후의 선운동량과 운동 에너지의 변화를 알아본다.
2. 실험원리
운동량 는 물체의 질량 에 그 물체의 속도 를 곱한 양으로 정의된다. 즉
로 나타내며, 벡터량으로서 속도와 같은 방향이다. 그리고 운동량 보존 법칙이란 고립계(즉, 계 내의 입자들은 서로 상호 작용하지만 계 외부와는 상호 작용하지 않는 계)의 총 운동량은 보존된다는 것이며, 다음과 같이 나타낼 수 있다.
일정
따라서 입자들이 서로 충돌할 경우, 운동량 보존 법칙에 따라 충돌 전의 운동량의 합은 충돌 후의 운동량의 합과 같다.
(1) 완전 탄성 충돌인 경우
일차원에서 정지()해 있는 한 물체에 다른 한 물체가 속도 으로 충돌하는 경우에 충돌 후 두 물체의 속도를 구해 보자. 그림 7-1과 같이 충돌한 후 물체 1과 물체 2의 속도가 각각 과 이 된다고 하면 완전 탄성 충돌의 경우 운동량과 운동 에너지가 모두 보존되므로
이 된다. 두 식을 연립하면
이 된다. 따라서 충돌 후 물체 2는 항상 양의 속도가 되지만 물체 1은 질량 과 의 크기에 따라 속도가 0, 음 또는 양이 된다.
(2) 완전 비탄성 충돌
정지()해 있는 질량 인 물체에 질량이 인 물체가 속도 으로 충돌한 후 두 물체가 결합하여 속도가 이 되었을 때를 생각하자. 이 경우 운동량은 보존되지만 운동 에너지는 보존되지 않는다. 운동량 보존 법칙에 의하면
이 되고, 만일 두 물체의 질량이 같다면 충돌 후 결합된 물체의 속도 은 다음과 같이 주어진다.
3. 실험기구 및 재료
공기 미끄럼대(air track), 송풍기, 활차, 포토게이트 계시기, 수평계, 추, 저울, 자
4. 실험방법
① 공기 미끄럼대에 송풍기를 연결하고 수평계를 사용하여 미끄럼대가 수평이 되도록 조절나사를 조정한다.
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2015.02.06
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