물리 실험 4-당구의 역학

1. 실험 목적과 배경
당구공의 굴림과 충돌은 강체의 돌기(회전)운동과 2차원 충돌 현상을 공부하는 대상으로서 훌륭한 역할을 한다. 이 실험에서는 편의상 굴림 운동을 제외시킨(얼음판 위에서의 당구를 연상하면 된다.) 알루미늄 판의 2차원 충돌 실험을 쓸림을 줄인 공기 흐름판(air table)위에서 수행한다. 쓸림(마찰)이 없는 판 위에서 운동하는 두 물체 사이의 충돌 과정을 통해서 전체 계(system) 즉, 두 물체에 가해지는 힘은 내력(internal force)뿐이므로, 계의 운동량은 충돌 전후에 보존된다. 여기서 물체에 가해지는 중력은 왜 생각할 필요가 없는가?
그러나 역학적 에너지는 충돌 중에 소리, 열 등으로 변환되어 감소될 수 있다. 이 실험에서는 충돌이 일어나는 전후로 시간에 따른 (두) 물체의 위치에 대한 흔적을 얻고, 이로부터 속도를 측정하여 운동량 보존과 에너지 보존 여부를 조사한다. 또, 탄성체(구부려 놓은 철 띠)에 충돌하는 물체의 운동을 살피고, 물체의 운동에너지왿� 철 띠의 탄성 퍼텐셜에너지 사이의 교환을 조사한다. 물체의 돌기 운동과 쓸림힘에 의한 영향도 함께 탐구한다.
벡터 물리량의 처리 방법과 그래프에 의한 측정 결과의 분석 방법을 익힌다.

2차원 충돌을 하는 입자(질량 과 )의 경우 충돌 과정에서 이 계에 작용하는 힘은 서로 밀치는 힘으로 두 입자에 같은 크기, 그러나 서로 반대 방향으로 작용하여 계 전체로는 상쇄된다. 이러한 힘을 계의 내력이라고 부르며 이 특성은 물체에 가해지는 힘의 작용 반작용의 법칙에서 기인한다. 내력만이 작용하는 계(즉, 고립된 계)의 선운동량은 보존되므로, 두 입자의 충돌 전후에 입자 계의 총 선운동량은 같다. 그림1과 같이 좌표 계를 택하면 총 선운동량의 x, y 성분이 각각 보존되므로
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(2)