[물리] 2차원 선운동량 보존법칙 - 개의 쇠공을 충돌시켜 충돌 전후의 속력을 측정함으로써 충돌 전후의 선운동량을 비교하여 선운동량 보존법칙을 이해한다

목차

<실험 목적>
<실험 장치>
<실험 방법>
<실험 이론>
<추가 이론>
<실험 결과 데이터 분석>

본문내용

합은 변하지 않지만 운동에너지의 합은 그 에너지 일부가 열에너지 등 내부에너지로 변환하기 때문에 감소한다. 그러나 표면이 매끄러운 단단한 공끼리의 충돌과 같은 이상적인 충돌의 경우에는 내부에너지로 변환되면서 이에 따른 에너지 손실 없이 운동에너지의 합이 보존되기도 한다. 충돌이 탄성인가 비탄성인가는 충돌하는 물체들의 재질과 관계가 있다. 강철이나 플라스틱 재질은 거의 탄성충돌이라고 할 수 있고, 찰흙·껌 등과 같은 것은 탄성충돌이 아니다.
㉡ 비탄성 충돌
충돌 전과 후의 운동에너지가 보존되지 않는 충돌을 말한다. 하지만 비탄성충돌의 경우에도 운동량은 보존된다.
< 출처 : 네이버 백과사전 , 네이버 블로그, 고등학교 물리1 문제집>
<실험 결과 데이터 분석>
입사구
질량(m₁)
0.016 kg
반경
0.0075 m
표적구
질량(m₂)
0.016 kg
반경
0.0075 m
수직낙하거리(h)
0.72m
탁자위에서 입사구를 놓는
위치까지 높이 : 0.86m
회수
l₁
l`₂
θ₁
cosθ₁
sinθ₁
l`₂
θ₂
cosθ₂
sinθ₂
1
36cm
10cm
20
0.408
0.912
34cm
7.5
0.346
0.938
2
36cm
14cm
43
0.555
-0.813
32.5cm
9
-0.911
0.412
v₁ = l₁√(g/2h) = 0.936 m/s
v`₁ = l`₁√(g/2h) = 0.26 m/s
v`₂ = l`₂√(g/2h) = 0.884 m/s
p = p = m₁v₁ = 0.015 kgm/s
p` = m₁v`₁cosθ₁ + m₂v`₂cosθ₂ = 0.0066 kgm/s
p` = m₁v`₁sinθ₁ - m₂v`₂sinθ₂ = -0.0094 kgm/s
p` = √(p`^2 + p`^2) = 0.01 kgm/s
오차율 = ( |p - p`| / p ) * 100% = 33.3%
1번째 실험 한 걸로 계산하여 속도와 운동량을 구했는데 오차율이 어마어마하게 나왔다. 오차율이 가장 크게 난 이유는 실험초반에 낙하지점을 찍고 나중에 쇠구슬을 충돌시켜서 떨어진 곳과의 각도를 구하는데 각도를 완전히 잘 못 잰 듯하다. 그 외에도 실험에서 오차가 발생된 이유의 첫 번째로는 쇠구슬이 내려오면서 위치에너지가 운동에너지로 변환이 되는 과정에서 마찰이 생겨 운동에너지가 마찰에너지로 전환되어서 차이가 났고 두 번째로는 입사구와 표적구가 충돌할 때 소리가 발생되어서 소리 에너지로 총 에너지 중 일부 에너지가 변환되어 차이가 났다. 세 번째로는 충돌 후 입사구와 표적구 각 각에 회전이 생겨나서 운동 에너지가 회전에너지로 변환되어 차이가 났다. 네 번째로는 입사구와 표적구가 굴러갈 때 공기의 저항으로 운동에너지의 감소가 발생해서 오차가 발생되었다. 다섯 번째로는 측정도구와 측정하는 사람에 의해서 측정의 오차가 발생되어 차이가 났다. 사람은 기계가 아니기에 1마이크로미터의 차이도 나지 않게 정확한 곳에 입사구를 놓고 계속해서 같은 지점에서 입사구를 굴릴 수 없기 때문이다. 이런 이유 등으로 에너지가 보존이 되지 않아서 오차가 발생되었다고 볼 수 있다.

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물리,   2차원 선운동량 보존법칙,   선운동량 보존,   보존법칙,   선운동량 ,   실험