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일반 물리 결과 보고서 - 1차원 탄성충돌 에어트랙
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1.실험목적
에어트랙과 추를 연결하고 추에 작용하는 중력에 의한 글라이더의 운동을 관찰함으로써 newton의 제 2법칙을 실험적으로 이해하고자 한다.
또한, 에어트랙에서 1차원 충돌 실험을 수행하고 뉴턴의 제3법칙을 운동량 보존을 통해서 확인한다.
2.이론요약
• newton의 운동 제2법칙
질량 m의 활차에 작용하는 일정한 힘 F는 실의 장력에 의하여 주어지고 이 활차와 질량이 M인 추가 팽팽히 붙어서 움직이므로 같은 크기의 가속을 받는다. 그러나 이 두 물체의 질량이 다를 경우 작용하는 힘은 다르다.
T=ma , Mg-T=Ma 로부터 T를 소거하여 다음의 가속도를 얻는다.
a=g
일정한 힘이 작용할 때 질량M의 활차가 정지 상태로부터 출발하여 시간 동안에 움직인 거리가 D라고 하면 등가속도 운동이므로 다음 관계식이 성립한다.
D=a
따라서 D와 를 측정하여 가속도 a=을 얻을 수 있다.
• 완전 비탄성 충돌에서의 운동량 보존 법칙
두 물체가 충돌할 때 총 외력의 합이 영이면 총 운동량은 보존된다. 충돌은 탄성충돌과 비탄성충돌로 구분할 수 있는데, 비탄성 충돌에서는 운동에너지가 보존되지 않는다.
1차원에서 질량이 인 물체가 의 속도로 운동을 하고 질량이 인 물체가 의 속도로 운동하다가 서로 충돌하였을 때, 이 두 물체의 충돌후의 속도를 각각 및 이라고 하면
두 물체의 운동량은 다음의 식을 만족한다.
=
여기서 만일 인 물체가 처음에 정지해 있고 질량 인 물체가 의 속도로 운동하고 있다가 충돌한 후 함께 붙어서 의 속도로 운동한다고 하면 다음과 같다.
그러므로 속도 와 사이에는 다음과 같은 관계가 있음을 알 수 있다.
3.방법 요약
[ newton의 제 2법칙]
1)에어트랙의 수평을 잘 맞추어 설치하고 양쪽 끝에 가까운 위치 x과 x에 포토게이트 계시기와 부속 포토게이트를 놓는다.
2)활차에 고정 핀을 꽂고 그 질량 m과 추걸이의 질량을 각각 확인하여 기록하고 에어트랙의 끝에 도르래를 설치하고 활차와 추걸이를 실로 연결한다.
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2016.05.13
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