탄성및비탄성충돌실험보고서

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목차

1. 실험목적
2. 사전 이론
1) 탄성 충돌
2) 비탄성 충돌
3) 완전탄성충돌
4) 완전비탄성충돌
3. 실험 방법
1) 초속도측정
2) 완전비탄성충돌
3) 완전탄성충돌
4. 실험 데이터
1) 탄성충돌과 비탄성충돌
2) 완전비탄성충돌
3) 완전탄성충돌
5. 분석 및 토의

본문내용

감소한다. 하지만 충돌 전후의 계의 총 운동량은 보존된다.
충돌 전 두 속도 v1으로 움직이는 나무토막에 속도 v2로 찰흙 덩어리를 던져서 충돌 후에 찰흙이 나무토막에 붙어서 v의 속도로 함께 움직인다고 하자. 찰흙을 나무토막이 움직이는 방향에 나란하게 던졌다고 하면 1차원 충돌로 볼 수 있다.
나무토막과 で흙 덩어리의 질량을 각각 m1과 m2라고 하면 운동량보존법칙

에 의해서 충돌 후의 속도 v를 구할 수 있다.
만약 두 물체의 질량이 같다면

이므로, 충돌 전 속도의 평균속도로 함께 움직인다. 예를 들어 질량이 같은 찰흙을 나무토막과 같은 속력으로 반대방향으로 던져서 충돌시키면 속도의 합이 0이므로 두 물체는 충돌한 위치에 멈춘다. 이 경우 충돌후의 계의 총 운동에너지는 0이 되어서 모든 운동에너지가 손실된다.
3. 실험 방법
1) 초속도측정
(1) 진자의 아래쪽에 달려있는 질량추를 완전히 제거한다.
(2) 진자의 각도측정 장치를 0도에 맞춘다.
(3) 대포의 세기를 2단으로 맞춘다.
(4) 그림 2와 같이 실험한다.
(5) 측정된 각도θ를 기록한 후 식(5)를 이용하여 초속도 v를 계산한다.
(6) (1)에서 (5)의 과정을 3번 반복하여 초속도 v의 평균값을 구한다.
2) 완전비탄성충돌
(1) 진자의 아래쪽에 질량추를 1개 추가한다.
(2) 초속도측정과정과 동일하게 실험한다.
(3) 측정된 각도θ를 표에 기록한다.
(4) (3)의 과정을 3번 반복한 후, 질량추를 2개 매달아 (1)에서 (3)의 과정을 반복한다.
3) 완전탄성충돌
(1) 완전탄성충돌 실험을 위하여 진자의 고정대를 풀어서 반대로 연결한다.
(2) 진자의 아래쪽에 달려있는 질량추가 각각 0개, 1개, 2개일때로 실험을 실시한다.
(3) 측정된 각도θ를 표에 기록한다.
* 측정된 결과를 분석하여, 운동량의 보존, 에너지 전달률 등을 각각 비교하여 본다.
4. 실험 데이터
1) 탄성충돌과 비탄성충돌
구슬의 질량 = 0.066kg
진자의 질량 = 0.146kg
= 진자의 질량
0.146kg
= 진자+추1개의 질량
0.196kg
= 진자+추2개의 질량
0.246kg
= 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
① 초속도 구하기
1
2
3
평균
46
48
47
47
42
2) 완전비탄성충돌
이론값
실험값
1
2
3
평균
17.94
18.17
45
47
49
47
1
2
3
평균
14.66
13.00
34
35
35
35
1
2
3
평균
12.31
10.20
29
28.5
27
28
3) 완전탄성충돌
이론값
실험값
1
2
3
평균
49.92
21.48
66
65
65
65
1
2
3
평균
43.88
16.79
47
49
44
47
1
2
3
평균
38.83
15.04
40
39
38
39
5. 분석 및 토의
이번 실험은 탄성충돌과 비탄성 충돌을 통해서 에너지 보존 법칙과 운동량 보존 법칙을 아는 것이다. 포토게이트와 구슬을 쏘는 새로운 기구를 사용해서 실험을 진행했는데, 여러번의 시행착오를 거쳐 되도록 정확한 데이터를 얻으려 했다.
구멍을 큰 쪽으로 해서 쏘면 비탄성충돌이 되고 작은 쪽으로 하면 탄성충돌이 되는데 완전 비탄성충돌에서는 이론값과 실험값이 별로 차이가 나지 않았다. 그래서 오차율이 적었는데 반면에 탄성충돌에서는 이론값과 실험값이 꽤 차이가 나서 오차율도 크게 나왔다. 완전 탄성충돌은 충돌의 경우 운동량은 물론이고 운동에너지가 보존 되는 운동인데, 운동에너지가 보존 된다는 것은 두 물체가 충돌할 때 두 물체 사이에 작용 하는 힘 외에 다른 힘이 개입하면 안 된다는 것인데 따라서 완전탄성충돌은 충돌 시 마찰이나, 열이 전혀 없다고 가정 할 때 가능한 충돌인데, 우리가 실험하는 기구는 솔직히 완전탄성이 아니었기 때문에 오차가 생겼으리라 생각된다. 솔직히 지구상에서 완전탄성을 실험하는 것은 힘들기 때문에 달랑 고무가 달린 우리 실험기구로는 오차가 많이 날수밖에 없었다. 또한 마찰이나 열등이 발생하고 많은 외부의 요소들이 작용해 오차가 많이 난 것 같다. 완전비탄성충돌에서는 에너지가 보존되지 않는데 그 이유는 에너지가 다른 에너지로 변환되기 때문인 것 같다. 비록 간단하면서 대부분의 물리학이나 공학에서 없어서는 안되는 중요한 법칙임을 알 수 있었다.

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