일반물리학 실험 - 탄동진자 실험

1. 실험 제목 : 탄동진자

2. 실험 목적
탄동진자에 의하여 탄환의 속도를 구하고 운동량 보존 법칙의 성립을 확인한다.

3. 실험 원리
질량 인 탄동진자에 속도 , 질량 인 탄환을 수평방향으로 쏘면, 충돌 전의 탄 환의 운동량은 충돌 후의 진자(질량 )의 운동량과 같아진다. 즉, 충돌 전후에 운동량이 보존된다.

(1)
탄환이 박힌 진자가 속도 를 얻어 흔들려 진자의 무게중심(탄환포함)의 높이 가 최대가 되었을 때에는 그 운동에너지는 완전히 위치에너지로 변하게 될 것이므로
(2)
또는
(3)
따라서
(4)
여기서, 는 진자의 최고 높이로
(5)
여기서, 는 진자 끝에서부터 탄환과 진자의 질량중심까지의 거리이다.
즉, 식 (4)는 다음과 같이 정리된다.
(6)

탄동진자를 테이블 가장자리에 고정하고 탄환을 수평으로 발사하여 땅에 떨어지게 되는 사정거리로부터 탄환의 초기속도를 결정한다. 탄환이 발사되어 땅에 떨어질 때까지의 시간을 라 하면 연직거리 는
(7)
수평거리 는
(8)
이므로, 를 소거하면
(9)
즉 를 측정하여 를 구하는 것이다.

4. 실험기구

탄동진자
종이와 먹지
버니어캘리퍼스, 미터자
발사구
연직추

5. 실험방법

① 탄동진자를 테이블 가장자리로 위치시키고 진자가 충분히 연직방향인가를 확인한다. 각도 지시침을 진자와 접촉시켰을 때 지시침이 0을 가리키도록 한다.
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