물리실험보고서 - 운동량 보존

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물리실험보고서 - 운동량 보존에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

217
13.61
G. 과 가 서로 반대방향에서 와서 충돌하는 경우
0.1m
0.1m
0.3kg
0.2kg
횟수
오차(%)
1
0.2141
0.8751
0.3214
0.1656
0.4670
0.1143
0.3111
0.6039
0.0779
0.0865
11.04
2
0.2741
0.5199
0.2735
0.2016
0.3648
0.1923
0.3656
0.4960
0.0363
0.0415
14.33
3
0.3064
0.5054
0.2777
0.2127
0.3264
0.1978
0.3601
0.4701
0.0259
0.0346
33.59
H. 과 가 서로 반대방향에서 와서 충돌하는 경우
0.1m
0.1m
0.4kg
0.2kg
횟수
오차(%)
1
0.2714
0.3072
0.1403
0.1479
0.3685
0.3255
0.7128
0.6761
0.0048
0.005
4.16
2
0.3208
0.2970
0.1423
0.1635
0.3117
0.3367
0.7027
0.6116
-0.0159
-0.0124
22.01
3
0.2517
0.3357
0.1455
0.1393
0.3973
0.2978
0.6873
0.7179
0.0215
0.0245
13.95
분석 및 토의
이번 실험에서는 충돌하는 두 물체의 운동을 통하여 선운동량이 보존됨을 확인하고 역학적 에너지도 보존됨을 확인하는 실험이었다. 위 그래프들은 이번에 실험한 운동량 보존의 결과를 그래프로 나타낸 것이다. 우리가 실험한 여러 가지 경우의 충돌들에 대한 데이터를 꼼꼼하게 분석해 보자.
실험 A는 정지해 있는 에 움직이는 이 충돌하는 경우였다. 이론적으로 보았을 때 실험 A에서 과 는 질량이 같기 때문에 충돌 후 은 정지하고 는 의 속도로 튕겨나가야 한다. 우리 실험에서는 그러지 못한 것은 아마 에어트랙의 수평을 제대로 맞추지 못했기 때문이기도 하고, 에어트랙이 마찰을 다 없애주지 못해서이기도 하다. 주된 이유는 글라이더가 충돌하는 부분에 고무줄을 달아둬서 고무줄의 탄성이 작용하여 멈추지 못하고 밀린 것이다. 많은 학생들이 실험에 참여하여야 하는 여건 때문에 글라이더를 바로 충돌키지 못한다. 글라이더를 여러 번 충돌시키다보면 글라이더가 깨지기 때문이다. 그러므로 충격량을 줄여주기 위해 고무줄 즉 자동차에서 생각해보면 범퍼를 달아준 것이다. 실험에서 우리는 이런 상황을 감안해야 했던 것이다. 우리 실험에서는 이런 변수에도 1%내의 오차로 운동량 보존의 법칙을 충분히 설명할 수 있었다.
실험 B는 정지해 있는 에 움직이는 이 충돌하는 경우였다. 실험 A에서와 다른 점은 초속도를 주는 물체의 질량을 정지해 있는 물체보다 더 크게 한 것이다. 이론적으로 실험 B에서 은 충돌 후 정지하지 못하고 약간의 속도가 남아야 한다. 실험에서는 실험 A와 같은 이유로 그러지 못했다. 하지만 우리의 실험에서는 5%내외의 오차로 운동량 보존을 충분히 설명할 수 있었다.
실험 C는 실험 B에서 과 의 질량을 0.3kg에서 0.4kg으로 바꾼 것인데 역시 이론상의 충돌과 조금 달랐지만 5%내외의 오차로 운동량 보존을 충분히 설명할 수 있었다.
실험 D는 정지해 있는 에 움직이는 이 충돌하는 경우였다. 실험 B, C와 반대로 의 질량이 의 질량보다 크게 한 실험이었다. 이 실험의 이론상 결과는 초속도를 준 물체가 처음 방향의 반대방향으로 튕겨나간다. 실제 실험에서도 물체는 반대로 튀는 것을 볼 수 있었고, 실험 오차는 10%정도였다. 이 역시 운동량 보존을 충분히 설명할 수 있었다.
실험 E는 실험 D에서 과 의 질량을 0.3kg에서 0.4kg으로 바꾼 것인데 이 실험의 결과는 실험 D에서 보다 질량을 더 크게 해줬으므로 더 큰 충격을 받고 과 는 더 많이 튕겨나가야 한다. 역시 실제 실험에서도 물체는 실험 D에서보다 더 크게 반대로 튀는 것을 볼 수 있었고, 실험 오차는 5%정도였다. 운동량 보존을 충분히 설명할 수 있었다.
실험 F는 과 가 서로 반대방향에서 와서 충돌하는 경우였다. 이 실험의 이론상의 결과는 두 물체가 충돌하고 원래의 방향과 반대방향으로 속도가 생긴다. 이때 속도의 크기는 충돌 전의 속도를 각각 교환한다. 우리의 실험에서는 경향성은 어느 정도 확인할 수 있었지만 첫 번째 충돌에서 오차가 33%나 나왔다. 이 첫 번째 충돌 에서는 충돌전의 서로의 속도가 비슷해서 운동량의 크기는 거의 0에 가까웠다. 실제로 운동량은 -0.006과 -0.004였다. 따라서 절대오차로는 미세한 차이가 나는 것이다. 결과적으로는 우리 실험은 경향성에 어긋나지 않아서 운동량 보존을 설명할 수 있었다.
실험 G는 과 가 서로 반대방향에서 와서 충돌하는 경우였다. 서로 질량을 다르게 해준 뒤 실험 F와 같게 해주는 실험이었다. 이번에도 오차가 33%인 실험이 있었다. 이는 실험 F와 같은 이유로 설명할 수 있다.
실험 H는 실험 G에서 과 의 질량을 0.3kg에서 0.4kg으로 바꾼 것인데 이 실험 역시 위의 분석과 같은 경향으로 설명할 수 있다.
모든 결과를 살펴보았을 때 대체로 A, B, C, D, E의 실험보다 F, G, H실험이 오차가 더 큰 것을 알 수 있다. 이것은 직관적으로도 F, G, H실험의 오차가 더 크게 나올 수 있다는 것을 알 수 있다. 서로 반대방향으로 속도를 주고 충돌해서 충격의 크기가 커져 고무줄의 탄성력이 커져서 오차의 크기가 커지고 고무줄이 충격을 흡수하는 양 또한 많아졌기 때문이다. 하지만 이번 실험에서 우리는 운동량 보존의 경향성을 충분히 설명할 수 있었다.
참조
개정판 일반물리학 - 이영재·하병준·한성철·임헌화·신규승·최석호·이석준·정해양·최정우·이호선 공저
대학물리학 Serway's Principles Of Physics (상) -JEWETT&SERWAY지음 물리학교재편찬위원회옮김
최신대학물리학 Essentials of College Physics - serway.Vuille 대표역자 조재흥
일반물리학 - 대표역자 서울대학교 장준성·이재형
일반물리학실험 - 한성철·임헌화·신규승·최석호·이석준·정해양·최정우·이호선 공저
일반물리학실험 - 부산대학교 물리학교재편찬위원회
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물리실험,   보고서 ,   운동량 보존