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일반물리학 실험 - mbl 장치를 통해 바닥의 종류와 공의 종류를 달리하여 각 상황에서의 반발계수를 측정
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반 발 계 수
1. 실험 목표
mbl 장치를 통해 바닥의 종류와 공의 종류를 달리하여 각 상황에서의 반발계수를 측정해본다.
2. 이론적 배경
1) 반발계수
충돌 전의 상대 속도와 충돌 후의 상대 속도의 비, 즉 충돌 전의 두 물체의 가까워지는 속력과 충돌 후
두 물체의 멀어지는 속력의 비를 반발 계수라고 한다. 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.
① 완전 탄성 충돌(e=1) : 원자나 공기 분자들간의 충돌로 역학적 에너지가 보존된다.
② 완전 비탄성 충돌(e=0) : 충돌 후 두 물체가 한 덩어리가 되는 충돌
③ 비탄성 충돌(0〈e〈1) : 우리 주변에서 일어나는 대부분의 충돌 반발 계수는 다음과 같이 측정한다. 높이가 h인 곳에서 떨어뜨린 물체가 바닥에 부딪히는 순간의 속력은 이다. 이 공이 h’의 높이까지
튀어 올라왔을 때 튀어오르는 순간의 속력은 이므로 반발 계수는 아래와 같다.
2) 비탄성 충돌
물체 사이의 충돌과정에서 충돌 전의 운동에너지의 일부를 물체의 변형이나 소리, 열 등으로 잃어버리고 충돌 후의 운동에너지가 감소하게 되는 충돌을 비탄성충돌이라고 한다.
예를 들어, 축구공을 가만히 놓아 평평한 바닥에 떨어뜨릴 때에 바닥과 축구공이 비탄성충돌을 하면 축구공은 원래 높이보다 낮게 튀어 오른다. 처음에 축구공이 바닥으로부터 높이 h1인 곳에 있었다면, 바닥에 도달하는 순간(충돌 직전)의 운동에너지(Ek1)는 역학적 에너지 보존의 법칙에 의해서 처음 위치에너지와 같은 값 mgh1이 된다. 바닥과 충돌을 하고 튀어 오르는 순간(충돌 직후)의 공의 운동에너지(Ek2)는 나중에 도달하는 높이 h2에서 가지는 위치에너지와 같은 값 mgh2가 된다.
충돌 전후의 운동에너지를 비교해보면 h2[h1이므로, Ek2[Ek1으로 충돌 후에 운동에너지가 감소한 것을 알 수 있다.
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2016.05.13
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