[물리학실험] 충격량과 뉴턴 제3법칙 결과보고서 A+

소개글

[물리학실험] 충격량과 뉴턴 제3법칙 결과보고서 A+에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 측정값
2. 질문에 대한 토의
3. 실험에 대한 토의/고찰
4. 참고문헌

본문내용

하는지 확인해보았다. 충격량은 어떤 물체에 비교적 짧은 시간동안 알짜힘이 작용하여 물체의 운동량이 변하는 경우, 작용하는 힘을 시간에 대해 힘이 작용하는 시간동안 적분한 값을 말한다. 뉴턴 제3법칙은 물체에 힘을 가하면 물체는 그 힘과 크기가 같고 방향이 반대인 짝힘이 존재한다는 것이다. 뉴턴 3법칙은 ‘작용 반작용의 법칙’이라고도 불린다. 예를 들어 사람이 걸을 수 있는 이유는 사람이 발을 땅에 대고 뒤로 밀면 땅은 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 작용해서 사람이 앞으로 나아가게 된다. 두 물체에 같은 크기의 힘이 작용하더라도 두 물체의 질량에 따라서 가속도는 다르다. 평형을 이루는 두 힘과 작용 반작용의 차이를 말해보자면, 평형을 이루는 두 힘은 같은 물체에 작용하는 힘이므로 두 힘의 합력은 0 이지만, 작용 반작용은 서로 다른 물체에 작용하는 두 힘을 서로 더할 수 없다.
실험1에서는 충격량이 운동량의 변화량과 같은지를 비교해보았다.
적분한 값의 운동량 변화량이 0.045, 충격량이 0.44078 정도로 나와서 오차 는 되어 많은 차이가 발생했다.
실험2에서는 힘센서가 장착된 두 수레를 충돌시켜 뉴턴 제3법칙인 작용 반작용의 법칙이 성립함을 그래프로 확인해보았다. 두 수레가 충돌할 때 받는 힘인 과 를 비교했을 때, 크기는 같고 부호는 다른 힘이 발생해야 실험에 성공한 것이었는데, 충돌시 의 평균이 -0.005836296 의 값을 가 졌다. 아주 작은 오차였지만, 의 힘을 받는 수레가 아주 약간 더 큰 힘을 받았다는 의미였다. 힘센서의 계기오차가 발생한 것으로 보인다.
실험3에서는 서로 다른 범퍼를 사용하여 충돌시간과 힘의 관계를 분석해보았다.
실험 3의 그래프에서 힘 대 시간의 그래프는 충돌이 시작할 때 힘이 급격히 변하므로, 그래프 기울기가 사선으로 급격히 변하는 지점을 찾아 충돌 시작점으로 두고, 그래프가 다시 원래대로 평행선을 이루는 지점을 찾아 충돌이 끝난 점으로 두어 충돌시간을 측정하면 된다. 그러나 속도 대 시간 그래프에서는 충돌이 일어나지 않은 상황인데도 트랙과 충돌수레 사이에 마찰력이 작용하기 때문에 그래프 기울기가 사선을 이룬다. 이로 인해 정확한 충돌시작점/충돌끝난점을 찾기가 어렵다. 따라서 충돌시간을 측정할 때 힘 대 시간의 그래프에서 측정하여야 한다. 실험3에서 약한 용수철 범퍼, 강한 용수철 범퍼, 고무범퍼로 세종류의 범퍼를 이용하여 실험을 진행하였다. 세종류의 범퍼 모두 다 충돌 직후에 속도의 크기가 감소하는 경향을 보인다. 그리고 충돌 후 속도의 크기가 감소하는 폭이 가장 큰 것은 약한 용수철 범퍼이다. 속도의 크기가 감소하는 폭이 가장 큰 것, 즉 속도 절대값의 차이가 크면 클수록 반작용을 할 때 마찰력에 의한 에너지 손실이 크기 때문에 절대값의 차이가 가장 큰 약한 용수철 범퍼가 마찰력이 가장 강할 것이다. 이 실험에서 오차가 발생하는 요인으로는 반발력을 제대로 줄 수 없는 상태의 용수철의 상태라면 속도를 측정할 때 오차가 발생할 것이다. 또한, 레일이 기울어져 있으면, 용수철은 반발력만 작용한는 것이 아니라 기울어진 정도에 따라 중력에 의한 힘을 받게 될 것이고, 이는 충격량과 운동량의 변화를 측정하는데에 있어서 오차가 발생하게 된다. 수레가 레일의 길을 따라 내려가다가 부딪힐 때 수레가 정면으로 부딪히지 않는 등 잘못 부딪혀 레일에서 살짝 어긋나는 경우에도 충격량이 달라져 오차가 발생한다.
4. 참고문헌
- 제 12판 물리학실험’, 조두진 외, 아주대학교 출판부 ,2018, 61-68p
- 네이버 지식백과 : 충격량 http://naver.me/xxx7RbkQ
뉴턴 제3법칙 http://naver.me/xqfils90

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