물리실험보고서 - 탄성과 비탄성충돌

본문내용

에 달려있는 추를 완전히 제거한다.
- 진자의 Rotary Motion Sensor 를 0도에 맞춘다.
- Launcher 의 세기를 2단으로 맞춘다.
- Fig. 2와 같이 진자의 방향을 세팅하고 launcher 의 공을 발사시켜 각도 를 측정한다.
- 측정된 각도 를 표에 기록한다
- (2)에서 (5)의 과정을 5회 반복한 후, 진자가 올라간 각도 의 평균값을 구한다.
- 진자의 에너지 를 계산한다.
- 진자의 아래쪽에 달려있는 추를 각각 50g, 100g 을 추가하고 실험을 반복한다.
* 측정된 결과를 분석하여, 운동량의 보존, 에너지 보존 등을 각각 비교하여 본다.
○ 실험결과
<탄성과 비탄성충돌>
= 진자가 올라간 각도
(구슬의 질량) = 0.012kg
(진자의 질량) = 0.048kg
= 진자의 질량
0.048kg
= 진자 + 추1개의 질량
0.098kg
= 진자 + 추2개의 질량
0.148kg
(질량중심)
탄성 충돌
비탄성 충돌
= 진자의 질량중심
27.1 cm
= 진자+구슬의 질량중심
30.1 cm
= 진자+추 50g 의 질량중심
35.0 cm
= 진자+추 50g+구슬의 질량중심
35.5 cm
= 진자+추 100g 의 질량중심
37.4 cm
= 진자+추 100g+구슬의 질량중심
37.8 cm
실험1) 초속도 구하기
횟수
1
2
3
평균
37.987˚
37.987˚
38.961˚
38.312˚
5.636m/s
실험2) 비탄성충돌
이론값
실험값
횟수
1
2
3
평균
0.038
0.038
37.987˚
37.987˚
38,961˚
38.312˚
횟수
1
2
3
평균
0.021
0.019
17.991˚
17.991˚
17.991˚
17.991˚
횟수
1
2
3
평균
0.014
0.011
11.001˚
11.001˚
11.001˚
11.001˚
실험3) 탄성충돌
이론값
실험값
횟수
1
2
3
평균
0.122
0.058
53.973˚
53.973˚
53.973˚
53.973˚
횟수
1
2
3
평균
0.074
0.032
22.976˚
26.012˚
26.012˚
25.000˚
횟수
1
2
3
평균
0.053
0.023
15.986˚
17.017˚
17.762˚
16.922˚
○ 분석 및 토의
실험2. 완전비탄성충돌
위의 그래프는 완전비탄성충돌에서의 실험을 한눈에 쉽게 볼 수 있게 그린 그래프이다.
x축의 값은 추가한 추의 개수이고, y축의 값은 운동에너지를 나타낸 값이다. 즉 진자에 추를 추가함에 따라 운동에너지가 어떻게 달라지는 지 볼 수 있는 것이다.
두 그래프에서 점선은 이론값이고, 실선은 실험값이다. 그러므로 두 그래프 간의 간격은 실험의 오차를 나타내는 것이다. 위 그래프에서 볼 수 있듯이 실험의 오차는 진자에 추를 추가함에 따라 점점 커지고 있다. 일단 이론값과 실험값에 큰 차이가 없는 것은 우리 실험이 성공적이었다고 말할 수 있다. 그런데 그래프가 점점 벌어지는 이유는 무엇일까? 완전 비탄성 충돌에서 우리가 구하는 실험식을 살펴보면 우리가 실험에서 구해서 대입하는 값은 값 뿐이다. 이것은 추를 추가함에 따라 의 오차가 커졌다고 말해도 무방하다. 그렇다면 의 오차가 커진 이유가 실험의 오차가 점점 커지는 이유와 같다고 보아도 될 것이다. 그 이유는 진자의 질량이 커짐에 따라 물체에 작용하는 끌림 항력도 커져서 의 오차가 점점 커지는 것이다. 여기서 끌림항력이란 공기중에서 실험한다고 했을 때 공기밀도가 균일하다고 하면 끌림항력이라고 하는 저항력이 작용한다. (물체의 속도 , 물체의 단면적 , 공기의 밀도 , 끌림상수 )
실험 3. 탄성충돌
위의 그래프는 완전비탄성충돌에서 그래프와 같이 탄성충돌 실험을 한눈에 쉽게 볼 수 있게 그린 그래프이다. x축의 값은 추가한 추의 개수이고, y축의 값은 운동에너지를 나타낸 값이다. 두 그래프에서 점선은 이론값이고, 실선은 실험값이다.
탄성충돌실험에서는 앞의 비탄성충돌실험에서와 다르게 상당히 큰 오차를 기록했다. 두 그래프 사이의 간격이 실험의 오차인데 위 그래프에서 보이듯이 100퍼센트가 넘어가는 오차를 보였다. 완전비탄성충돌과 비교했을 때 상당한 차이가 나지만 실험을 하는 과정에 있어서는 큰 문제가 없었다. 실험에서 전혀 문제가 없었는데 그렇다면 이렇게 큰 오차가 난 이유는 무엇일까? 우선 가장 큰 원인은 진자를 지지하는 스틱에 있다. 원래는 실 같은 질량이 거의 없는 물체를 사용해 총 질량에 영향을 주지 않도록 해야 좀 더 정확한 실험이 가능하지만 우리의 실험에 적당한 것을 찾기란 쉽지 않다. 실을 사용할 경우에는 실이 느슨해지는 경우가 생기고 실이 잘 휘어버리기 때문에 실험이 되지 않는다. 따라서 잘 휘지않고 팽팽한 상태를 유지할 수 있는 막대를 어쩔 수 없이 사용해야 하는데 그런 막대는 질량이 작을 수 없는 것이다. 그러므로 이 막대가 차지하는 질량 때문에 이 실험은 애초부터 오차를 감안해야 하는 것이다. 우리의 실험에서는 이러한 변수를 제외해버렸기 때문에 오차가 너무 컸다. 하지만 막대를 사용하는 것은 완전비탄성충돌의 경우도 마찬가지이다. 그러면 왜 탄성충돌만이 이렇게 큰 오차가 난 것일까? 질량의 문제이다. 완전비탄성충동의 경우 구슬과 진자가 하나의 물체가 되어버린다. 따라서 막대의 질량이 비교적 작을 경우 무시를 해도 큰 차이가 없다. 하지만 탄성충돌의 경우 구슬과 하나가 되지 않기 때문에 막대의 질량은 무시하기 힘든 변수가 되어버린다. 그래서 오차가 상당히 크게 났던 것이다.
○ 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
네이버 백과사전
http://physics1.khu.ac.kr/ - 탄성과 비탄성충돌 manual

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탄성충돌 실험,   비탄성충돌,   충격량