2차원 충돌, 운동량 보존 실험 결과보고서

목차

1. 실험 목적
2. 이론 및 원리
3. 실험값 및 계산
4. 결과 및 분석
5. 오차논의 및 분석
6. 결론

본문내용

1. 실험 목적
이 실험에서 에어테이블에서의 2차원 충돌 실험을 통해 운동량 보존의 법칙을 확인하고 에너지 변화를 살펴보는 것이 이번 실험의 목적이다.

2. 이론 및 원리
외력이 작용하지 않고 내력만이 작용하는 고립된 계에서는 선운동량이 보존된다. 이는 뉴턴의 제2 법칙과 제3 법칙의 결과라고 볼 수 있는데, 뉴턴의 제2 법칙은 p=mv와 dp/dt=F를 정의하고 제3법칙은 만약 고립된 계의 물체 1과 2가 충돌했을 때 서로 느끼는 힘은 F_1=-F_2이라고 한다. 따라서 외력이 존재하지 않기 때문에 힘의 총 합은 dp/dt=d/dt (p_1+p_2 )=0으로 표현할 수 있고 따라서 p_1+p_2=constant로 쓸 수 있다. 즉 고립된 계에서는 선 운동량이 보존된다는 것을 알 수 있다.
이 실험에서는 에어테이블에서 2 개의 물체를 충돌시켰고 외력 중 하나인 마찰력을 최소한으로 줄이기 위해 물체 아래에 바람을 불어주는 에어테이블에서 실험을 진행했다. 마찰이 없는 테이블 위해서 두 물체의 충돌은 두 물체의 가해지는 힘이 내력뿐이므로, 계의 선 운동향은 충돌 전후에 보존되어야 한다. 만약 충돌이 탄성충돌이라면 총 에너지도 보존된다. 하지만 비탄성충돌이라면 총 에너지는 보존되지 않는다.

4. 결과 및 분석
x(t)와 y(t)를 미분해서 속력을 구할 수 있었던 이유는 그래프 1과 같이 모든 값들의 R2 값이 1과 거이 가깝게 나왔기 때문이다. 따라서 만약 외력이 존재하지 않다면, x(t)와 y(t)를 미분해서 나온 속력은 실제 속력과 같다고 볼 수 있다. 그래프 1에서는 최초속도를 구할 수 있다. 따라서 그래프 1의 경우에는 u_x1의 속력은 54.521cm/s이라는 것을 알 수 있다. 표 13은 질량이 같은 물체의 운동량과 에너지의 오차를 보여준다. 표 13에서, 선 운동량에서 1회 빼고는 오차율이 5%를 넘어가지 않는 것을 볼 수 있다.

참고 자료

없음