물��실험 운동량과 충격량 보고서

[실험 목표]

충돌 시 물체에 전해지는 충격량은 물체의 운동량의 변화왿� 어떤 관계가 있을까? 충돌하는 카트의 운동량의 변화왿� 카트에 전해지는 충격량 사이의 관계를 조사하고, 측정 결과를 바탕으로 운동량의 변화량과 충격량 사이의 관계식을 세운다.

[배경 지식]

자동차 에어백과 고속도로 출구 근처에서 흔히 보는 모래로 가득 찬 노란색 충격완화 장치(fitch barrier)는 탑승자의 부상을 경감시키고 수천 명의 목숨을 살리는 데 일조하고 있다. 충돌이 일어나는 동안 중요한 두 가지의 물리 현상은 운동량의 변화왿� 자동차왿� 탑승객에게 전해지는 충격량이다.

충돌 전후의 운동량의 변화는 충돌 후 운동량에서 충돌 전 운동량을 빼줌으로써 계산할 수 있다.
(1)

여기서 는 물체의 운동량의 변화량이며, 은 물체의 질량, 는 충돌 후의 속도, 는 충돌 전의 속도이다.

힘이 일정할 때, 충격량 는 물체에 작용하는 힘 왿� 힘이 가해지는 시간 간격 의 곱으로 정의된다.
(2)

힘이 일정하지 않을 때의 충격량은 충돌이 일어나는 시간 동안의 힘–시간 그래프 곡선 아래의 면적으로 정의된다.
(F- 곡선 아래의 면적) (3)

이 실험에서는, 힘이 가변적일 때의 충격량에 대한 식을 평균 힘과 힘이 작용하는 동안의 시간 간격의 곱으로 단순화할 수 있다.
(4)

[실험 준비물 및 설치]

● Smart cart (1)
● Dynamics track with feet
● Track end stop
● ME-9884 Bumper Accessory Set(light spring)
● Balance(0.1g resolution, 2,000g capacity)

(1) 운동량과 충격량 실험 방법

[실험 과정]
1. 트랙의 오른쪽 끝에 멈춤 장치를 부착한다. 자석 아이콘이 그려진 면이 트랙 바깥쪽을 향하도록 설치한다. 실험 테이블 위에서 트랙의 수평을 맞춘다.