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일반물리학 - 충돌 및 운동량보존실험
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1. 실험제목 : 충돌 및 운동량보존실험
2. 실험목적 :
① 물체의 충돌에 따른 충격량-운동량을 이해한다.
② 1차원충돌에서 충돌에 따른 운동량보존과 역학적에너지보존을 이해한다.
3. 실험 관련 이론 :
운동량보존
운동량은 물체의 질량에 속도를 곱한 것으로, 벡터량이다. (회전운동서의 각운동량과 구별하기 위해 선운동량라고도 한다.)
운동량 = 질량 * 속도 = (P = mv)
운동량은 순간속도와 같은 방향을 갖는 벡터이고, 여러 질점들이 모여서 형성된 물질계의 운동량의 합은 총운동량으로서 특별한 의미를 가지고 있다.
이는 아래식으로 확인할수 있다.
위의 공식은 다체계에서도 성립하며 다체계에서의 총운동량은 외부에서 받는 전체의 힘에 의해 변화되게 된다.
운동량-충격량관계
충돌은 짧은 시간 동안 큰 힘을 받는 물체운동을 의미한다. 물체간의 충돌에 따른 운동을 확인하는 것이기에 충돌은 충돌전과 충돌후로 구분하여 생각 할 수 있다.
충돌 과정 전체에서의 운동변화를 물리량을 표현하고 이를 순간적인 개념으로 전환하는 식이 아래의 식이다.
dp = F(t)dt
이를 충돌과정(t)동안으로 적분하면 아래식이 된다.
이 식의 좌변은 ⊿P = Pi - Pf , 우변은 힘을 충돌시간 동안 적분한값 즉, 충격량이된다.
이 충격량을 J로 표시하여 공식화 하면
J =
이다. 이 충격량(J)와 운동량변화(⊿P)의 관계는 위의 식들을 바탕으로 아래와 같이 설명할 수 있다.
J = Pi - Pf = ⊿P
위의 공식이 충격량-운동량 정리라고 한다.
이 충격량을 충돌간의 시간으로 나누어 주면 평균력()이라고 한다.
물체가 충돌하였을때에 충격량과 운동량변화에 관계를 이해하였다.
그럼 충돌과정에서 작용하는 힘들의 어떤 관계가 성립하는지 알아보겠다.
충돌의 역학적에너지보존
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2013.07.19
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