보고서 설명

당구공의 굴림과 충돌은 강체의 회전 운동과 2차원 충돌 현상을 공부하는 대상으로서 훌륭한 역할을 한다. 이 실험에서는 편의상 회전 운동을 제외시킨 알루미늄 판의 2차원 충돌 실험을 마찰을 줄인 공기 흐름판 위에서 수행한다. 마찰이 없는 판 위에서 운동하는 두 물체 사이의 충돌 과정을 통해서 전체 계 즉, 두 물체에 가해지는 힘은 내력뿐이므로, 계의 운동량은 충돌 전후에 보존된다. 그러나 역학적 에너지는 충돌 중에 소리, 열 등으로 변환되어 감소될 수 있다. 이 실험에서는 충돌이 일어나는 전후로 시간에 따른 물체의 위치에 대한 흔적을 얻고, 이로부터 속도를 측정하여 운동량 보존과 에너지 보존 여부를 조사한다. 또, 탄성체에 충돌하는 물체의 운동을 살피고, 물체의 운동에너지와 철 띠의 탄성 퍼텐셜 에너지 사이의 교환을 조사한다. 물체의 회전 운동과 마찰력에 의한 영향도 함께 탐구한다.

본문일부 및 목차

실험 목적

이 실험의 목적은 실험의 요약에서 밝힌바와 같이, 마찰을 되도록 줄인(실험 내부에서는 마찰이 없다고 가정한다.) 공기 흐름판 위에서의 두 알루미늄 원판의 충돌을 전기적 장치를 통해 기록한 종이를 분석함으로써, 선운동량 보존과 역학적 에너지 보존/손실에 대해 알아보는 것이다. 이 실험을 통해 우리는 선운동량과 역학적 에너지가 보존된다는 사실을 실험적으로 확인해 볼 수 있다는 데에 의의가 있다. 이론적으로 충돌 전후에 선운동량이라는 물리량은 보존되어야 하지만, 역학적 에너지는 충돌 시 발생하는 소리 등 다른 형태의 에너지로 변환되기 때문에, 보존되지 않는다.

3) 실험 장치

공기 흐름판(테이블) 1개, 알루미늄 원판 2개, 2중 불꽃 방전(스파크) 계시기 1개, 수평기 1개, 감김대가 있는 놋쇠 원판 1개, 철 띠 탄성체 1개, 도르래 1개, 도르래용 죔쇠 1개, 추 (50 g 1개, 100 g 3개), 추 받침 1개, 은박지 종이 1개, 기록 용지 여러 장, 악어 집게가 달린 전선 1개, 30 cm 자 1개, 각도기 1개, 목 장갑 1짝, 공기 압축기 (1개, 공용), 팔 저울 (2개, 공용), 실토리 (1개, 공용), 칼 (1개, 공용), 표식(marker) 펜

4) 실험 방법

a. 공기 흐름판과 측정 장치를 준비한다.
① 실험대 위에 놓여진 철판에 기록용지를 평평하게 잘 편다.[이 과정은 이미 되어 있을 수도 있다. 그러나 팩스(FAX) 기록 용지의 매끄러운 면이 위를 향해 놓여졌는가 확인한다. - 반대로 놓이면 기록되지 않음에 주의]

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