충격량, 뉴턴 제3법칙 결과보고서

목차

1. 측정값
2. 결과
3. 토의
4. 참고문헌

본문내용

1. 실험과정 및 결과에 대한 토의

이번 실험에서는 수레를 범퍼에 충돌시켜 충격량과 운동량의 변화량이 같음을 확인하고 두 수레를 서로 충돌시켜 두 물체가 서로 충돌할 때 뉴턴 제3법칙이 성립함을 확인하였다. 이를 위해 동역학트랙와 운동수레, 총 3가지의 범퍼를 이용하여 실험을 설계하였다.
실험 1에서는 동역학트랙을 수평이 되게 맞춘 후 손으로 수레를 밀어 약한 용수철 범퍼를 장착한 힘 센서에 충돌시켰다. 측정된 충돌 직전과 직후의 속도와 수레의 질량으로 계산한 운동량의 변화량과 Excel 프로그램을 사용하여 힘을 적분한 충격량이 같은지 확인하는 실험이었다. 계산 결과 운동량의 변화량과 충격량은 18.07%의 오차율을 보였는데 이론상 두 값의 크기는 같아야 한다. 오차의 이유로는 먼저 마찰력이 있기 때문이다. 이론적으로 운동량의 변화량과 충격량의 크기가 같다고 할 때 마찰력은 무시된다. 반면 실제 실험에서는 마찰력이 존재하여 오차를 발생시킨다. 또한 수레를 직접 밀어 충돌시켰는데 이때 너무 강한 힘으로 충돌시켰을 수 있다. 그리고 매 실험마다 Tare 버튼을 눌러 영점 조정이 필수적인데 Excel 파일에서 보면 영점 조정이 되어 있지 않아 적분하는 과정에서 영점 조정을 다시 해주었다. 만약 Tare 버튼을 누르지 않고 실험을 진행하면 힘을 인식하는데 오류가 날 수 있다. 또한 힘을 적분하여 충격량의 값을 구하는 과정에서 충돌이 완료된 후 어느 정도 시간이 지난 후의 힘까지 모두 적분했기 때문에 오차가 생겼을 수 있다. 혹은 운동량의 변화량 값을 측정할 때 식을 사용하여 구했는데 프로그램상 속도의 경우 소수점 둘째 자리까지만 표시되어 측정값이 정확하지 않아 그런 차이가 발생했을 수 있다. 이론과 실제 사이의 오차를 줄이기 위해서는 먼저 마찰력을 줄이기 위해 마찰계수가 작은 소재를 사용하거나 에어트랙 등 무마찰트랙을 사용할 수 있다.

참고 자료

아주대학교 물리학실험실/물리학 실험/아주대학교 출판부/2018/12판/p.35-36, 61-68
Raymond A.Serway, Chris Vuille/일반 물리학/일반물리학 교재편찬위원회 역/북스힐/2023/11판/p.70-72, 75-77, 127-129
사이언스홀-작용반작용의 법칙