실험 6 충격량과 뉴턴 제3법칙

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실험 6 충격량과 뉴턴 제3법칙에 대한 보고서 자료입니다.

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교해 보는 실험이었다. 운동량 변화량과 충돌량의 상대오차가 1.89% 매우 근소한 차이가 났다. 실험값을 정확하게 분석하기 위해서는 측정횟수를 늘려 오차를 줄이는 것도 중요하지만 충돌 직전과 충돌 직후의 범위를 잘 정해야한다. 속도 그래프를 보면 힘이 극적으로 증가하기 전에 감소하는 것을 볼 수 있다. 이런 오차를 고려하여 충돌 직전후 힘의 범위를 정하고, 속도를 기록하는 것이 좋다.
두 번째 실험은 서로 다른 두 수레를 충돌시키고 각각의 힘의 크기를 측정하여 뉴턴 제3법칙이 성립하는지를 확인하는 실험이다. 프로그램이 기록한 그래프와 excel로 그린 그래프를 비교하면 둘은 매우 유사한 특징을 가지고 있다. 힘의 크기는 거의 동일하고 방향만 반대인 것을 통해 ‘충돌 시 서로 주고받는 힘의 크기는 항상 같고 방향은 반대이다.’는 작용 반작용의 법칙이 성립한다는 것을 확인할 수 있었다. Q3의 질문과 같이 센서A에서 충돌 후 잡음이 발생하는데 이는 힘의 분산과 용수철의 진동운동에 의해 발생한 것이다.
세 번째 실험은 경사면에서 비슷한 속도로 서로 다른 범퍼에 충돌했을 때의 차이를 비교해보는 실험이었다. 충돌 전의 속도가 를 이용하여 구한 속도와 매우 유사하게 실험이 이루어 졌다. 충돌 후의 속도는 약한 용수철>강한 용수철>고무 범퍼 순이었고, 충돌시간은 약한 용수철>강한 용수철>고무 범퍼 순이었고, 운동량 변화량은 약한 용수철>강한 용수철>고무 범퍼 순이었다. 반대로 힘의 최댓값은 고무 범퍼>강한 용수철>약한 용수철 순이었다. 이는 탄성계수가 클수록 범퍼가 힘을 많이 흡수하여 운동량 변화량이 크므로 속도가 줄어든다는 것을 확인할 수 있다. 위 실험에서 오차가 많이 발생할 수 있는데 수레를 출발시킬 때 힘이 가해지면 충돌직전 속도가 각 범퍼마다 달라져 실험분석에 어려움이 있을 수 있다. 고무범퍼의 경우 범퍼가 힘을 흡수하는 양이 적어 튀는 값들이 많은데 이를 잘 파악하여 그래프를 분석하여야 한다.
이번 실험에선 실험과정 속의 오차는 적었지만 속도-시간 그래프와 힘-시간 그래프를 잘 분석하여 충돌 직전후의 범위를 잘 설정하는 것이 중요하다. 속도-시간 그래프는 수레의 좌우의 떨림 등으로 오차가 발생한다. 따라서 힘-시간 그래프를 이용하여 범위를 설정하고, 이에 맞는 속도를 잘 정하면 정확한 실험을 할 수 있다.
[5]참고문헌
1.김기홍 외14(2015), 제11판 물리학실험, 아주대학교 출판부, 61-68쪽

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아주대,   물리학실험,   충격량,   뉴턴의 법칙,   뉴턴 제3법칙