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설명

실 험 보 고 서

2차원 충돌장치에 의한 선운동량 보존

1. 목 적 : 두 개의 쇠공을 충돌시켜 충돌 전후의 속력을 측정(measurement)함으로써 충돌 전후의 선운동량을 비교하여 선운동량 보존법칙을 이해한다.

2. 이 론 : 정지하고 있는 질량 인 입자에 질량 인 입자가 속도 으로 충돌하면 이 두 입자는 충돌 그림 1과 같이 운동한다.

이 충돌에서 외력은 0이므로 선운동량은 보존된다된다. 즉,
식(1)
이다. 식 (1)을 입사방향을 X축, 이와 직각방향을 Y축으로 하는 좌표계에서 component으로 표시하면
Xcomponent : 식(2)
Ycomponent : 식(2)
이다. 또 이 충돌이 탄성충돌이라면 충돌 전후의 계의 운동에너지가 보존되어야 하므로
식(3)
이다. 만약,m 입사원자 과 표적입자 의 질량이 같다면 (=) 식 (3)은
식(4)
이 되어, 충돌 후 두 입자의 진행방향은 직각을 이루게 된다된다. 즉,
식(5)
이다.

3. test(실험) 기구 : 2차원 충돌장치, 질량이 같은 쇠공2개, 수직기, 클램프, 자와 각도기, 갱지와 먹지, Vernier Caliper

4. test(실험) 방법
① 2차원 충돌장치를 test(실험) 대 끝에 클램프로 고정하고, 수직기, 갱지를 놓고 장치한다.
② 질량이 같은 두 개의 쇠공을 준비하여 하나는 표적구로, 또 하나는 입사구로 사용한다.
③ 표적구 없이 입사구를 일정한 높이의 기준점에서 굴러내려 떨어진 장소와 수직기 끝점이 지시하는 지점과의 수평거리 를 5회 측정(measurement)하여 mean or average(평균) 을 구한다.
④ 입사구가 낙하한 수직거리 H를 구한다.
⑤ 과정 ③,④의 측정(measurement)값으로써 입사구의 속력 을 구한다.
⑥ 표적구를 입사구와 약 30°의 각을 유지하도록 올려 놓고,과정 ③에서 정해놓은 기준점에서 입사구를 굴러내려 충돌시킨 후 두 공이 떨어진 지점의 수평거리 과 , 입사방향과 이루는 각 과 를 측정(measurement)한다. 이와 같은 과정을 5회 반복하여 mean or average(평균) 을 구한다.
⑦ 표적구와 입사각의 각을 약 40°, 50°로 놓고 과정 ⑥을 반복한다.
…(생략(省略)) ⑧ , , 및 로부터 충돌 후 입사구와 표적구의 속도 와 를 계산한다.
⑨ 입사구와 표적구의 질량과 반경을 측정(measurement)하여 기록한다.
5. 측 정 값

- 질량 및 반경, 낙하 거리는 항상 동일

입사구
질량
28.5g
반경
7.5mm
표적구
질량
28.5g
반경
7.5mm
수직낙하거리
h
83cm
-표적구와 입사구의 각을 20˚로 test(실험) 한 결과

측정(measurement)횟수
test(실험) 항목
1
2
3
4
5
mean or average(평균)
충돌 전 입사구 수평거리 (cm)
59.4
59.6
60
62.5
64
61.2
충돌 후 입사구 수평거리 (cm)
31.5
41.7
39.5
38.3
35.4
37.28
충돌 후 입사구 각 (°)
36°
35°
31°
32°
32°
33.2°
충돌 후 표적구 수평거리 (cm)
43.5
41.2
37
40.1
39.8
40.32
충돌 후 표적구 각 (°)
22°
28°
32°
33°
30°
23.6°
-표적구와 입사구 각을 10˚로 test(실험) 한 결과

측정(measurement)횟수
test(실험) 항목
1
2
3
4
5
mean or average(평균)
충돌 전 입사구 수평거리 (cm)
59.4
59.6
60
62.5
64
61.2
충돌 후 입사구 수평거리 (cm)
28.4
25.2
24.8
26.2
25.7
26.06
충돌 후입사구 각 (°)
62°
65°
60°
61°
60°
61.6°
충돌 후 표적구 수평거리 (cm)
47.9
49
48.2
47.6
48.8
48.3
충돌 후 표적구 각 (°)
20°
17°
18°
18°
16°
17.8°

- 표적구와 입사구 각을 5˚로 test(실험) 한 결과

측정(measurement)횟수
test(실험) 항목
1
2
3
4
5
mean or average(평균)
충돌 전 입사구 수평거리 (cm)
59.4
59.6
60
62.5
64
61.2
충돌 후 입사구 수평거리 (cm)
16.1
22
20.9
21

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