일반물리학 실험 - 탄성 및 비탄성 충돌

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본문내용

와 같은 비탄성충돌 실험에서도 충돌전후에 계 전체의 운동량은 보존된다.
(1)
구슬과 진자의 완전비탄성 충돌에서 충돌전의 계 전체의 운동에너지는
(6)
이고, 충돌후의 계 전체의 운동에너지는
(7)
이다. 이때, 운동량 보존 법칙에 따라서
(8)
이므로, 충돌 후의 진자의 에너지는
(9)
이다. 따라서 식(6)과 식(9)를 비교하여, 충돌 전후의 계 전체의 운동에너지는
(10)
로 보존되지 않는 것을 알 수 있다.
3) 완전탄성충돌
그림3과 같은 구슬과 진자가 충돌하는 완전탄성충돌의 경우, 운동전후에 계 전체의 운동량과 운동에너지가 보존된다. 따라서,
(11)
(12)
이다. 여기서,은 충돌 후 구슬의 속도이다. 식(11)과 식(12)에 의하여 진자 의 운동에너지는
(12)
임을 알 수 있다.
4. 결과 :
구슬의 질량 = 0.066
진자의 질량 =
= 진자의 질량
0.146
= 진자+추1개의 질량
0.196
= 진자+추2개의 질량
0.246
= 질량중심
= 진자의 질량중심
26.0cm
= 진자+구슬의 질량중심
27.5cm
= 진자+추1개의 질량중심
27.5cm
= 진자+추1개+구슬의 질량중심
28.0cm
= 진자+추2개의 질량중심
28.0cm
= 진자+추2개+구슬의 질량중심
28.5cm
= 진자가 올라간 각도
A. 초속도 구하기
1
2
3
평균
40
45
43
42.6
3.83
B. 완전비탄성충돌
이론값
실험값
1
2
3
평균
0.117
0.150
40
45
43
42.6
1
2
3
평균
0.095
0.11
32.5
32
32.5
32.3
1
2
3
평균
0.079
0.091
27
27.5
25
26.5
오차:28%, 15%, 15.1%
C. 완전탄성충돌
이론값
실험값
1
2
3
평균
0.415
0.152
51.5
55
55
53.8
1
2
3
평균
0.364
0.194
52.5
51
49
50.8
1
2
3
평균
0.322
0.179
41.5
45
42
42.8
오차:63%, 46%, 44%
5. 분석 및 토의 : 전체적으로 오차가 크게나온 실험이었다. 전체적으로 완전탄성충돌 실험에서 더 큰 오차가 나왔는데 왜 이런 결과가 나왔는지 생각해 보면 완전 비탄성 충돌에서는 충돌 후 함께 이동하여 에너지 손실이 비교적 적은 반면, 완전 탄성 충돌 에서는 충돌할 때 에너지가 충분히 전달되지 않고, 또한 여러 요인 (마찰로 인한 열에너지 발생) 때문에 더 큰 오차가 나왔다고 생각된다.

키워드

일반물리학,   탄성,   비탄성,   탄성 및 비탄성 충돌