에어테이블을 이용한 2차원 충돌실험 결과보고서

소개글

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목차

1. 실험 목표
2. 실험 원리
3. 실험기구 및 장치
4. 실험방법
5. 실험 결과
6. 토의
7. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목표
마찰이 없는 판 위에서의 두 입자의 충돌 과정은 두 입자에 가해지는 힘이 내력뿐이므로, 계의 운동량은 충돌 전후에 보존되어야 한다. 마찰이 거의 없는 판 위에서 두 입자를 충돌시켜 2차원 충돌 과정에서의 계의 운동량 보존의 법칙을 확인하고 에너지의 변화를 살펴본다.

2. 실험 원리
2차원 충돌을 하는 입자의 충돌 과정에서 이 계에 작용하는 힘은 서로 밀치는 힘으로 두 입자에 같은 크기, 그러나 서로 반대 방향으로 작용하여 계 전체로는 상쇄된다. 이러한 힘을 내력이라고 부르며 이 특성은 물체에 가해지는 힘의 작용 반작용의 법칙에서 기인한다. 내력만이 작용하는 계(즉, 고립된 계, 합력이 0)의 선운동량은 보존되므로, 두 입자의 충돌 전후에 입자 계의 총 선운동량은 같다. 이는 충동 전과 후의 운동량의 크기와 방향이 변하지 않는다는 것을 의미한다. (물체의 무게 중심에 모든 질량이 모여 있다고 가정하여 두 점 입자가 충돌하는 것으로 근사한다. 충돌 시 마찰, 물체의 크기와 회전 운동에너지, 공기저항들은 무시)
그림과 같이 질량이 각각 , 이고 속력이 , 인 두 입자의 2차원 충돌을 생각해보자. 그림과 같이 좌표계를 택하면 총 선운동량의 x, y 성분이 각각 보존되므로 다음의 식을 각각 얻을 수 있다.

< 중 략 >

3. 실험기구 및 장치
1) I-CA system
2) 에어테이블 실험 세트
3) 에어블로어

4. 실험방법
1) 평평한 테이블 위에 에어테이블을 올려놓고 최대한 수평이 되도록 한다.
+ 수평은 수평계 등으로 확인하거나 송풍기를 연결하여 공기를 공급한 상태에서 원형 Puck이 한쪽으로 치우치지 않는 상태로 수평을 조절할 수 있다. 실험에 주는 영향이 크므로 주의한다.
2) 카메라를 세팅한다.
3) 에어테이블에 기준자를 올려놓고 영상을 저장, 스케일 및 좌표계를 설정한다. (화면캡처 – 저장 – 좌표계 설정)
4) 에어를 주입하고 색상이 다른 두 원형 Puck이 카메라 중앙 근처에서 충돌하게 하고 그 움직임을 동영상으로 촬영한다.(화면캡처 – 파일명 – 캡처시작 – Puck 충돌 – 캡처 끝 – 저장)

참고 자료

건국대학교 물리학과. 일반물리학 민 실험(개정판). 북스힐. 77~83p (2020.3.5.)