[물리학실험] 충격량과 뉴턴 제3법칙 결과보고서 A+

소개글

[물리학실험] 충격량과 뉴턴 제3법칙 결과보고서 A+에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 측정값
2. 질문에 대한 토의
3. 실험에 대한 토의/고찰
4. 참고문헌

본문내용

지 확인해보았다. 충격량은 어떤 물체에 비교적 짧은 시간동안 알짜힘이 작용하여 물체의 운동량이 변하는 경우, 작용하는 힘을 시간에 대해 힘이 작용하는 시간동안 적분한 값을 말한다. 뉴턴 제3법칙은 물체에 힘을 가하면 물체는 그 힘과 크기가 같고 방향이 반대인 짝힘이 존재한다는 것이다. 뉴턴 3법칙은 ‘작용 반작용의 법칙’이라고도 불린다. 예를 들어 사람이 걸을 수 있는 이유는 사람이 발을 땅에 대고 뒤로 밀면 땅은 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 작용해서 사람이 앞으로 나아가게 된다. 두 물체에 같은 크기의 힘이 작용하더라도 두 물체의 질량에 따라서 가속도는 다르다. 평형을 이루는 두 힘과 작용 반작용의 차이를 말해보자면, 평형을 이루는 두 힘은 같은 물체에 작용하는 힘이므로 두 힘의 합력은 0 이지만, 작용 반작용은 서로 다른 물체에 작용하는 두 힘을 서로 더할 수 없다.
실험1에서는 충격량이 운동량의 변화량과 같은지를 비교해보았다.
적분한 값의 운동량 변화량이 0.045, 충격량이 0.44078 정도로 나와서 오차 는 되어 많은 차이가 발생했다.
실험2에서는 힘센서가 장착된 두 수레를 충돌시켜 뉴턴 제3법칙인 작용 반작용의 법칙이 성립함을 그래프로 확인해보았다. 두 수레가 충돌할 때 받는 힘인 과 를 비교했을 때, 크기는 같고 부호는 다른 힘이 발생해야 실험에 성공한 것이었는데, 충돌시 의 평균이 -0.005836296 의 값을 가 졌다. 아주 작은 오차였지만, 의 힘을 받는 수레가 아주 약간 더 큰 힘을 받았다는 의미였다. 힘센서의 계기오차가 발생한 것으로 보인다.
실험3에서는 서로 다른 범퍼를 사용하여 충돌시간과 힘의 관계를 분석해보았다.
실험 3의 그래프에서 힘 대 시간의 그래프는 충돌이 시작할 때 힘이 급격히 변하므로, 그래프 기울기가 사선으로 급격히 변하는 지점을 찾아 충돌 시작점으로 두고, 그래프가 다시 원래대로 평행선을 이루는 지점을 찾아 충돌이 끝난 점으로 두어 충돌시간을 측정하면 된다. 그러나 속도 대 시간 그래프에서는 충돌이 일어나지 않은 상황인데도 트랙과 충돌수레 사이에 마찰력이 작용하기 때문에 그래프 기울기가 사선을 이룬다. 이로 인해 정확한 충돌시작점/충돌끝난점을 찾기가 어렵다. 따라서 충돌시간을 측정할 때 힘 대 시간의 그래프에서 측정하여야 한다. 실험3에서 약한 용수철 범퍼, 강한 용수철 범퍼, 고무범퍼로 세종류의 범퍼를 이용하여 실험을 진행하였다. 세종류의 범퍼 모두 다 충돌 직후에 속도의 크기가 감소하는 경향을 보인다. 그리고 충돌 후 속도의 크기가 감소하는 폭이 가장 큰 것은 약한 용수철 범퍼이다. 속도의 크기가 감소하는 폭이 가장 큰 것, 즉 속도 절대값의 차이가 크면 클수록 반작용을 할 때 마찰력에 의한 에너지 손실이 크기 때문에 절대값의 차이가 가장 큰 약한 용수철 범퍼가 마찰력이 가장 강할 것이다. 이 실험에서 오차가 발생하는 요인으로는 반발력을 제대로 줄 수 없는 상태의 용수철의 상태라면 속도를 측정할 때 오차가 발생할 것이다. 또한, 레일이 기울어져 있으면, 용수철은 반발력만 작용한는 것이 아니라 기울어진 정도에 따라 중력에 의한 힘을 받게 될 것이고, 이는 충격량과 운동량의 변화를 측정하는데에 있어서 오차가 발생하게 된다. 수레가 레일의 길을 따라 내려가다가 부딪힐 때 수레가 정면으로 부딪히지 않는 등 잘못 부딪혀 레일에서 살짝 어긋나는 경우에도 충격량이 달라져 오차가 발생한다.
4. 참고문헌
- 제 12판 물리학실험’, 조두진 외, 아주대학교 출판부 ,2018, 61-68p
- 네이버 지식백과 : 충격량 http://naver.me/xxx7RbkQ
뉴턴 제3법칙 http://naver.me/xqfils90

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