탄성충돌에 의한 선운동량 측정

소개글

탄성충돌에 의한 선운동량 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목표

2. 실험원리

3. 실험 기구 및 장치

4. 실험 방법

5. 실험 결과

6. 토의

본문내용

수실험항목
1
2
3
4
5
평균
충돌 전 입사구 수평 거리
46.1cm
46.2cm
46.0cm
45.9cm
45.3cm
45.9cm
충돌 후 입사구 수평 거리
32.0cm
32.9cm
32.7cm
32.6cm
32.6cm
32.6cm
충돌 후 입사구 각
46
45
45
45
45
45.2
충돌 수 표적구 수평 거리
27.7cm
26.8cm
26.8cm
27.0cm
26.6cm
27.0cm
충돌 후 표적구 각
48
47
46
46
46
46.6
2)실험값 계산
충돌 전 입사구의 속력 = 1.1 m/s
충돌 후 입사구의 속력 = 0.8 m/s
충돌 후 표적구의 속력 = 0.7 m/s
구 분
선 운 동 량
성분
충 돌 전
충 돌 후
입 사 구
x
15.4
7.8
y
0
7.8
표 적 구
x
0
6.8
y
0
-7.2
계
x
15.4
14.6
y
0
0.6
( g=9.8m/s)
8. 토의
(1) 식 (1)에서 m1 = m2이면
이다. 측정한 세 벡터 v1, v1', v2'는 닫힌 삼각형을 만들어야 한다. 측정값이 이 조건을 만족 시키는가를 검토하라.
A = 0.8 m/s, B = 0.7 m/s, C = 1.1 m/s
벡터 계산
0.7 cos 46.6 + 0.8 cos 45.2 = 1.0 (계산 값은 대략 1.04이다.)
실험 계산상의 v1값은 1.1 이다. 그러므로
v = 1.1 - 1.0 = 0.1
이다. m1 = m2일 경우
의 식이 성립하는 데에 0.1의 오차가 있다.
(2) 측정값 1, 2 가 식 1 + 2 = /2을 만족 시키면 탄성충돌이다. 본 실험이 탄성충돌인지 아닌지를 판별하라. 탄성충돌이 아니면 에너지 손실은 얼마나 되는가 계산하라.
1 = 45.2 , 2 = 46.6
1 + 2 = 91.8
= 91.8 - 90 = 1.8
1.8 의 차이로 탄성충돌이 아니다.
에너지 손실과 오차 분석
1. 에너지의 손실
E = 1.21 - 1.13 = 0.08 J
2. 오차 분석
결론적으로 말하자면 이번 실험에서 생긴 충돌은 비 탄성 충돌이었던 것이다.
오차의 원인은 다음과 같다고 생각을 하고 있다.
1) 에너지의 전환
공이 떨어질 때이다. 공이 떨어질 때 공기의 저항을 받고, 지면에 닿은 후에는 열에너지의 형태로 약간의 에너지가 전환되었을 것이다. 또, 지면에 닿았을 때 소리의 형태로도 에너지가 전환이 되었을 것이다.
2) 마찰
공이 경사각을 내려 올 때 마찰에 의해 에너지가 감소 될 것이다.
3) 각도상의 문제
가장 큰 오차의 원인이라고 생각이 되는 것인데, 공과 공이 부딪히는 각도상의 문제가 상당한 오차를 나오게 하는 가장 큰 원인이었다고 생각을 한다.
(3) 충돌전과 충돌 후 운동량의 x, y 성분을 비교 검토하고 운동량 보존법칙과 관계지어 설명하라.
충돌 전 x 성분 : 15.4
충돌 후 x 성분 : 14.6
x = - 0.8
충돌 전 y 성분 : 0
충돌 후 y 성분 : 0.6
y = +0.6
물체의 질량과 속도를 곱한 양을 운동량이라 한다. 이 실험을 운동량 보존의 법칙과 관계 지어 보자. 이 실험이 운동량 보존의 법칙에 위배되지 않는다면 물체가 충돌하였을 때, 충돌 전 물체들이 가지고 있던 운동량과 충돌 후 물체가 가지고 있는 운동량은 변화하지 않아야 된다. 하지만 x = - 0.8, y = +0.6 의 실험 결과를 볼 때 정확히 법칙에 맞지 않는다. 하지만 이것은 운동량 보존의 법칙에 위배 된다는 것보다는 오차 발생으로 인한 것이라고 보는 것이 옳다.
9. 참고 자료
운동량 보존 법칙
① 물체가 충돌, 폭발, 융합의 상호작용을 일으킬 경우 각 물체의 속도가 변하므로 각 물체의 질량은 변하지만 상호작용 전 후의 운동량의 총 합은 항상 일정하다.
②
이 식에서 두 물체 각각의 질량 변화가 없다는 가정이 사용되었다.
이 식의 결과로 다음 식이 성립한다.
물체의 질량과 속도를 곱한 양을 운동량이라 하며, 위 식을 운동량 보존법칙이라 한다. 여기서 Ftot은 물체들에 작용하는 힘들의 합을 말하는데, 물체들이 땅이나 탁자 위에 있을 때 그 값은 0이다. 물체들 각각에 작용하는 중력과 수직항력이 서로 비겨서 작용하는 힘이 0이기 때문이다.
운동량관련사이트 :
http://www.tgedu.net/student/go_kwa/v_motion/momentum/momentum.html
충격량관련사이트 :
http://www.tgedu.net/student/go_kwa/v_motion/impact/impact.html

키워드

탄성충돌,   입사구,   표적구,   선운동량 보존 법칙