물리실험 운동량 보존_탄성충돌

소개글

물리실험 운동량 보존_탄성충돌에 대한 보고서 자료입니다.

목차

[실험 목표]
[배경 지식]
[실험 준비물 및 설치]
[실험 과정]
[실험관련 이론 복습 및 정리]
[실험결과]
[실험고찰]

본문내용

1
-0.1343
-0.1298
0.0331
0.0314
2
-0.2600
-0.1626
0.06491
0.0193
3
-0.1527
-0.3911
0.03905
0.1170
Velocity-
Time
Velocity-
Time
Velocity-
Time
아래 공란에 계산과정을 쓰시오.
1) 빨간색 카트
(1) Initial Momentum
① , 이므로
② , 이므로
③ , 이므로
(2) Final Momentum
① , 이므로
② , 이므로
③ , 이므로
(3) Initial Kinetic Energy
①
②
③
(4) Final Kinetic Energy
①
②
③
2) 파란색 카트
(1) Initial Momentum
① , 이므로
② , 이므로
③ , 이므로
(2) Final Momentum
① , 이므로
② , 이므로
③ , 이므로
(3) Initial Kinetic Energy
①
②
③
(4) Final Kinetic Energy
①
②
③
3) 충돌 전후의 총 운동량과 총 운동에너지
(1) Initial Momentum of System
① (0)+(-0.1343)= -0.1343kgm/s
② (-2.1710)+(-0.2598)= -0.2600kgm/s
③ (-7.30110)+(-0.1454)= -0.1527kgm/s
(2) Final Momentum of System
① (-0.1306)+(0.0008)= -0.1298kgm/s
② (-0.0866+(-0.076)= -0.1626kgm/s
③ (-0.3494)+(-0.0417)= -0.3911kgm/s
(3) Initial Kinetic Energy of System
① (0)+(0.0331)=0.0331J
② (910)+(0.06491)=0.06491J
③ (5.110)+(0.0390)=0.03905J
(4) Final Kinetic Energy of System
① (3.1410)+(1.2210)=0.0314J
② (1.3810)+(5.55510)=0.0193J
③ (1.17010)+(3.21110)=0.1170J
3) 탄성충돌에서 운동량은 보존되는가?
탄성충돌에서 운동량은 보존된다. 그 이유는 두 입자가 충돌한다고 하면 각각의 힘의 방향만 다르고 크기는 같기 때문이다. 그리고 힘은 두 입자계에서 내력이므로 두 입자는 고립계를 형성하며 운동량은 보존된다.
탄성충돌에서 운동에너지가 보존된다는 것을 어떻게 확인 할 수 있는가?
앞에서 설명한 바와 같이 탄성충돌의 운동에너지는 고립계 모형으로 설명된다. 따라서 에너지 보존 법칙에 의해 충돌 전 후의 운동에너지가 보존된다고 말할 수 있다. 식으로 표현을 하면 =로 나타낼 수 있다. 첫 번째 실험에서 충돌전 운동에너지는 0.0331J, 충돌 후 운동에너지는 0.0314J이며, 두 번째 실험에서 충돌전 운동에너지는 0.06491J, 충돌 후 운동에너지는 0.0193J이며, 세 번째 실험에서 충돌전 운동에너지는 0.03905J, 충돌 후 운동에너지는 0.1170이다. 값을 비교하자면 이론처럼 완벽하게 같은 값을 가지지는 않지만 유사한 값을 가지는 것을 볼 수 있다.
탄성충돌에서 각 시행별로 한 카트에서 관측한 다른 카트의 상대속도는 충돌 전 후에 어떻게 변하였는가? (관측 카트와 대상 카트는 임의로 설정하라.)
손으로 움직인 파란색 카트를 대상 카트이며, 처음 트랙 위에 정지해 있는 빨간색 카트를 관측 카트로 설정할 것이다. 첫 번째 실험에서는 둘의 질량이 같을 때 충돌 전, 후의 속도의 값이 유사하다는 것을 알 수 있다. 두 번째 실험에서는 대상 카트에 250g의 무게를 더했을 때 관측 카트의 충돌 후의 속도는 충돌 전보다 훨씬 빨라졌으며 무거운 대상 카트가 관측 카트보다 충돌 전, 후 속도가 더 큰 값이 나왔다. 마지막 실험은 대상 카트보다 관측 카트의 질량이 더 클 때 관측 카트의 충돌 후 속도와, 대상 카트의 충돌 후 속도와 유사하다는 것을 알 수 있었다.
만약 두 카트가 모두 운동 중인 상태에서 충돌(탄성, 비탄성, 완전비탄성)이 일어났다면, 한 카트에서 관측한 다른 카트의 상대속도는 충돌 전 후에 어떻게 변하겠는가?
탄성충돌의 경우는 질량 m1, m2인 두 입자가 같은 선상에 따라 각각의 속도 , 로 운동하고 있다가 정면충돌 후에는 입자들이 새로운 속도를 갖고 독립적으로 계속 움직일 것이다.
비탄성 출동같은 경우는 질량 m1, m2인 두 입자가 같은 선상에 따라 각각의 속도 , 로 운동하고 있다가 정면충돌하여 서로 붙은 후에는 미지의 로 움직이게 된다. 따라서 충돌 전에는 속도가 다르지만 충돌 후에는 관측한 다른 카트의 상대속도는 대상카트의 속도와 같다고 할 수 있다.
[운동량 보존] 실험 고찰
※ 실험을 통하여 느낀 실험수행 및 데이터수집 과정, 시행착오 내용, 의문 및 문제 해결과정, 실험을 통해 배운점 등에 대하여 자유로이 작성 바랍니다.
이번 실험에서는 두 물체가 탄성 충돌할 때의 운동량과 운동에너지를 계산하고 이들의 변화를 관찰하
는 실험이였다. 이론으로서는 , 인
식인 두 입자가 탄성 충돌에서의 충돌 전과 층돌 후의 총 운동량과 총 운동에너지가 보존된다고 알고
있었지만 실험값에서는 완벽하게는 아니지만 보존이 된다는 것을 확일할 수 있었다. 오차가 발생한 이
유로는 실험실에서는 공기저항이 작용하여 운동량을 감소시키기 때문에 값이 틀려질 수도 있고, 두 번
째로는 트랙과 카트 사이의 마찰력이 오차값에 기여한다. 세 번째로는 실험마다 각 카트의 거리를 일
정하게 놔두는 것을 의식하고 있었지만 약간의 오차가 발생할 수도 있기 때문에 값이 틀려질 수도 있
다고 생각한다. 네 번째로는 첫 번째 실험을 하였을 때 빨간색 카트인 관측 카트에 초기속도가 0이
나와서 총운동량과 총에너지 값을 구하는데 오차가 크게 발생하였다. 마지막 요인은 손으로 카트를 밀
기 때문에 실험을 진행할 때마다 미는 힘이 일정하지 않아 탄성 충돌에서 속도 교환에 차이가 생겨
오차가 발생했을 수도 있다. 오차가 생길 수 있는 요인들을 모두 배제한다면 총운동량과 총에
너지량들은 보존될 수 있다고 생각하지만 실험을 통해 완벽하게 구현하기엔 어려울 것 같다.

키워드

물리실험,   탄성,   탄성충