탄동 진자 실험 예비보고서

목차

1. 실험 목적

2. 실험 이론
2-1. 진자에 의한 방법
2-2. 사정거리에 의한 방법

3. 기구 및 장치

4. 실험 방법
4-1. 진자에 의한 방법
4-2. 사정거리에 의한 방법

본문내용

1. 실험 목적
탄동진자를 이용하여 운동량 보존 법칙, 에너지 보존 법칙을 확인하고, 이를 이용하여 탄환의 속도를 측정한다.
2. 실험 이론
2-1. 진자에 의한 방법
초기속도 V로 운동하고 있는 질량m인 탄환이 질량M인 진자와 충돌한 후, 진자에 박힌 채 높이 h 만큼 올라가는 장치를 탄동진자라고 부른다. 올라간 높이 h를 측정해서 박힌 탄환의 초기속도를 결정할 수 있는데, 충돌이 일어나는 동안 역학적 에너지는 보존되지 않으나, 운동량은 보존되기 때문이다. 충돌 전과 후의 운동에너지는 운동량 보존 법칙에서부터 유도되어 다음의 식이 성립한다
mv = (m + M)V
v = {(m + M)/m} * V

충돌 후에는 역학적 에너지가 보존되며, 진자가 높이 h에 위치했을 때의 운동에너지는 위치에너지 (m+M)gh로 전환되므로,

1/2(m+M)V^2 = (m + M)gh
V=√2gh
식(1)과 식(2)에 의해서
v=((m+M)/m) √2gh
h=l(1-cos⁡θ )이므로, 탄환의 초기속도 v는
v=((m+M)/m) √(2gl(1-cos⁡θ ) ) 가 된다.

2-2. 사정거리에 의한 방법
초기속도 v로 운동하고 있는 질량m인 탄환이 발사되면 포물선 운동을 한다.

참고자료

· 국민대학교 출판부, 일반물리학 실험
· [네이버 지식백과] 에너지보존법칙 [Law of energy conservation] (물리학백과)