6.예비 Report - 탄성충돌에 의한 선운동량 측정

목차

1. 실 험 목 적
2. 실험 이론 및 원리
3. 실험기구 및 장치
4. 실 험 방 법

본문내용

1. 실 험 목 적

두 개의 쇠공을 충돌시켜 충돌 전후의 속도를 측정함으로써 충돌 전후의 선운동량을 비교하여 선운동량 보존법칙을 이해한다.

2. 실험 이론 및 원리

(1) 실험 이론

- 선운동량
물체 A가 물체 B에 충돌한다고 하자. 물체 A가 물체 B에 힘을 가하면 물체 B가 물체 A에 크기는 같고 방향이 반대인 힘을 가하게 된다(작용-반작용의 법칙). 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

<중략>

고립계의 입자에 관한 총량 는 항상 보존되며, 이 양을 선운동량(linear momentum)이라고 하며 보통 로 나타낸다. 뉴턴은 이를 운동의 양(quantity of motion)이라고 불렀는데, 이는 동일 속도로 운동하는 질량이 다른 물체 사이의 양적 차이를 알 수 있기 때문이다.위의 식에서 알 수 있듯이, 고립계, 즉 외부로부터의 에너지 출입이 차단된 계 안에서 물체들이 상호작용하여 운동상태가 변해도 운동량의 총 합은 변하지 않는다. 즉, 고립계 안의 운동량의 총합은 보존되며, 이를 운동량 보존의 법칙(law of conservation of linear momentum)이라고 한다. 여기서 주의해야 할 점은 운동량 보존의 법칙이 “계 전체의 운동량”에 대해 성립한다는 것이다. 즉, 계 안의 특정한 한 물체의 운동량은 보존되지 않는다.

- 충돌
위에서 언급한 바와 같이 두 물체가 충돌해도 두 물체의 운동량 총합은 보존된다. 그러나 운동에너지는 일반적으로 보존되지 않는다. 이는 충돌 시 운동에너지의 일부가 물체의 내부에너지로 전환되거나 물체를 변형, 또는 소리에너지의 형태로 손실되기 때문이다. 이 모든 에너지를 합한 총 에너지는 보존된다.특수한 경우에 충돌이 일어나도 운동에너지가 보존된다. 운동량과 운동에너지가 모두 보존되는 충돌을 완전탄성충돌 혹은 탄성충돌(elastic collision)이라고 한다.

참고 자료

일반 물리학 실험 / 건국대학교 물리학과 ․ 나노과학기술전공 / 북스힐 / 97p~100p
대학물리학 4판 상권 / 청문각 / Jewett&Serway 지음 /p217-p233