[물리실험] 운동량의 보존

[운동량의 보존]

1. 실험 목적
운동량의 개념을 이해시키고 에어트랙 위에서 두 개의 글라이더가 충돌할 때 운동량이 보존됨을 실험을 통하여 증명한다.

2. 실험 원리
물체가 충돌할 때, 즉 기관차나 쇼핑 카트 또는 사람들의 발이 땅과 충돌할 때 결과들은 복잡한 양상으로 나타난다. 그러나 충돌하는 물체에 외부의 힘이 작용하지 않는 한, 아무리 혼란스러운 충돌일지라도 하나의 원리 즉 운동량의 보존법칙이 작용하며 충돌의 역학을 이해하는데 훌륭한 도구로서 제공된다. 두 물체의 충돌시, 운동량의 보존은 수학적으로 쉽게 나타낼 수 있다.
Pi = m1v1i + m2v2i = m1v1f + m2v2f = Pf
여기서 m1과 m2는 두 물체의 질량이고, v1i와 v2i는 물체의 충돌전 속도, v1f와 v2f는 물체의 충돌후 속도, Pi와 Pf는 충돌 전후의 운동량이다. 이 실험에서는 에어트랙 위 두 개의 글라이더가 충돌할 때 운동량이 보존됨을 증명할 수 있다.

3. 실험 방법
① 에어트랙과 포토게이트를 그림 2.1과 같이 설치하고 탄성 충돌을 위하여
글라이더에 고무 밴드가 설치된 범퍼를 장착한다. 이 때 에어트랙이 수평이 되었는지 주의하여 관찰 한다.

그림 2.1 운동량의 보존 실험

② 1cm플래그를 설치한 두 개의 글라이더 질량 m1과 m2를 측정하여 표 2.1에 기록한다.
③ 포토게이트 타이머를 collision(cm/s) 모드에 맞추고 start 버튼을 누른다.

④ 두 포토게이트 사이에 글라이드2를 위치시키고, 글라이드1을 글라이드2쪽으로 민다. 이 때 아래의 네 개의 속도를 측정하여 표 2.1에 기록한다.
v1i = 충돌전 글라이드1이 포토게이트를 지나는 속도
v2i = 충돌전 글라이드2이 포토게이트를 지나는 속도
v1f = 충돌후 글라이드1이 포토게이트를 지나는 속도
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