[A+, 한양대 에리카] 일반물리학실험1 6. 탄도체 운동

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목차

1. 실험제목
2. 실험목적
3. 이론 및 원리
4. 장치 및 방법 (Experimental method)
5. 실험 결과 (Results)
6. 분석 및 토의 (Discussion)
7. 결론
8. 참고문헌 (References)

본문내용

1. 실험제목
탄도체 운동

2. 실험목적
탄도체를 발사한 후 운동량 보존 법칙을 이용하여 공의 충돌 직후 속도를 계산하여 유추해 본다.

3. 이론 및 원리
선운동량 보존법칙
선운동량의 시간변화율은 입자에 작용하는 알짜힘과 같으며 방정식은 다음과 같다.

즉, 선운동량은 알짜 외부력에 의해서만 변하며 입자계에 알짜 외부력이 작용하지 않으면 계의 전체 선운동량 는 변하지 않는다. 이를 선운동량 보존법칙이라 한다. 이는 충돌의 상세한 부분을 모르더라도 충돌의 결과를 알 수 있게 해주는 법칙이다.

비탄성충돌
두 물체가 충돌하는 계에서 전체 운동에너지를 살펴볼 때 전체 운동에너지가 보존되지 않는 충돌을 비탄성충돌이라 한다. 비탄성충돌 중 가장 큰 손실은 두 물체가 서로 붙어버릴 때 생긴다. 이를 완전 비탄성충돌이라 한다. 충돌 후 두 물체의 속도가 같아지므로 반발계수는 0이다.

[그림 ] 완전 비탄성충돌을 하는 질량이 , 인 두 물체

정지해 있는 물체를 표적이라 하고, 다가오는 물체를 발사체라 하면 [그림 ]에서 질량 의 발사체가 의 초기속도로 정지해 있는 질량 의 표적을 향해 움직이고 있다. 이를 식으로 표기하면 다음과 같다.
,

위 식에서 질량의 비율인 는 항상 1보다 작으므로 는 항상 보다 작다.

물리진자
실제의 진자는 질량을 무시할 수 있는 실에 추를 달아 진동시키는 단진자와 달리 복잡한 질량 분포를 갖는다. 이를 물리진자라 한다.

[그림 ] 물리진자

[그림 2]는 한쪽으로 각도 만큼 기울어져 있는 물리진자의 모습으로 중력 는 매단 점 O에서 거리 만큼 떨어진 질량중심 C에 작용한다. 복원력 에 대한 모멘트팔은 매단 점에서 질량중심까지의 거리 이다. 물리진자에서 각진폭 이 작을 경우 얼추 단순조화운동으로 다룰 수 있다.

참고 자료

Halliday, Resnick, Walker, 일반물리학, 11판, 텍스트북스, 2021, 210-212p, 385-387p.
Yong, Hugh D. Freeman, Roger A, 대학 물리학 1, 10판, 북스힐, 2006, 191-193p.
유병길, 김경식, 일반물리학 실험, 북스힐, 2011, 103-105p.
https://www.pasco.com/support/knowledge-base/24
https://www.kps.or.kr/content/voca/search.php