대학껓 물��실험(당구 역학)보고서

ꂇ 실험의 목적

이 실험에서는 편의상 굴림운동을 제외시킨 알루미늄 판의 2차원 충돌실험을 쓸림을 줄인 공기 흐름판 위에서 수행한다. 쓸림이 없는 판 위에서 운동하는 두 물체 사이의 충돌과정을 통해서 전체 계 즉, 두 물체에 가해지는 힘은 내력 뿐이므로, 계의 운동량은 충돌전,후에 보존된다. 그러나 역학적 에너지는 충돌중에 소리, 열 등으로 변환되어 감소될 수 있다. 이 실험에서는 충돌이 일어나는 전후로 시간에 따른 두 물체의 위치에 대한 흔적을 얻고, 이로부터 속도를 측정하여 운동량보존과 에너지보존 여부를 조사한다. 또, 탄성체(구부려놓은 철띠)에 충돌하는 물체의 운동을 살피고, 물체의 운동 에너지왿� 철띠의 탄성 퍼텐셜에너지 사이의 교환을 조사한다. 물체의 돌기운동과 쓸림힘에 의한 영향도 함께 탐구한다. 벡터 물��량의 처리방법과 그래프에 의한 측정결과의 분석방법을 익힌다.


ꂇ 배경 이론

2차원충돌을 하는 입자(질량 과 )의 경우 충돌과정에서 이 계에 작용하는 힘은 서로 밀치는 힘으로 두 입자에 같은 크기, 반대방향으로 작용하여 계 전체로는 상쇄된다. 이러한 힘을 계의 속힘이라고 부르며 이 특성은 물체에 가해지는 힘의 작용반작용의 법칙에서 기인한다. 속힘만이 작용하는 고립된 계의 선운동량은 보존되므로, 두 입자의 충돌 전후에 입자계의 총선운동량은 같다. x-y 좌표계를 택하면 총선운동량의 x, y 성분이 각각 보존되므로

(1)
(2)
으로, 여기서 는 각각 충돌 후 입자 1 과 2 의 산란각과 속력들이다. 이 충돌이 완전탄성충돌이라면 충돌 전후에 운동에너지도 보존되므로
(3)
이 성립한다. 식(1)과 (2)를 각각 제곱하여 더하면
(4)
이고, 따라서 식(3)과 비교하면
(5)
가 된다. 이제 비탄성충돌인 경우를 생각하여, 충돌전과 후의 계의 운동에너지의 비