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[자연과학] 일반물리학 實驗 - 탄성 및 비탄성 충돌

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작성일18-07-07 12:38

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3. 理論(이론) :
1) 초속도구하기
그림과 같이 질량m인 물체가 단진자에 충돌을 하면, 단진자는 흔들려서 일정 높이에 도달하게 된다 이때, 단진자가 도달한 높이에 의하여 단진자의 Potential 에너지를 계산할 수 있다 위의 그림과 같이 완전비탄성 충돌을 하는 경우, 운동전후의 계의 전체운동량은 보존이 되므로
(1)
이다. 식(11)과 식(12)에 의하여 …(省略) 진자 의 운동에너지는

(12)
임을 알 수 있다

4. 결과 :
구슬의 질량 = 0.066

진자의 질량 =

= 진자의 질량
0.146
= 진자+추1개의 질량
0.196
= 진자+추2개의 질량
0.246
= 질량중심

= 진자의 질량중심
26.0cm
= 진자+구슬의 질량중심
27.5cm
= 진자+추1개의 질량중심
27.5cm
= 진자+추1개+구슬의 질량중심
28.0cm
= 진자+추2개의 질량중심
28.0cm
= 진자+추2개+구슬의 질량중심
28.5cm

= 진자가 올라간 각도

A. 초속도 구하기

1
2
3
平均(평균)
40
45
43
42.6
3.83

B. 완전비탄성충돌

理論(이론)값
test(실험) 값
1
2
3
平均(평균)

0.117

0.150
40
45
43
42.6
1
2
3
平均(평균)
0.095
0.11
32.5
32
32.5
32.3
1
2
3
平均(평균)
0.079
0.091
27
27.5
25
26.5
오차:28%, 15%, 15.1%

C. 완전탄성충돌

理論(이론)값
test(실험) 값
1
2
3
平均(평균)

0.415

0.152
51.5
55
55
53.8
1
2
3
平均(평균)
0.364
0.194
52.5
51
49
50.8
1
2
3
平均(평균)
0.322
0.179
41.5
45
42
42.8

오차:63%, 46%, 44%

5. analysis 및 토의 : 전체적으로 오차가 크게나온 test(실험) 이었다. 전체적으로 완전탄성충돌 test(실험) 에서 더 큰 오차가 나왔는데 왜 이런 결과가 나왔는지 생각해 보면 완전 비탄성 충돌에서는 충돌 후 함께 이동하여 에너지 손실이 비교적 적은 반면, 완전 탄성 충돌 에서는 충돌할 때 에너지가 충분히 전달되지 않고, 또한 여러 요인 (마찰로 인한 열에너지 발생) 때문에 더 큰 오차가 나왔다고 생각된다

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실험결과/물리
다. 에너지 보존 법칙에 따라서 운동에너지 는 위치에너지 로 바뀌게 되므로

(3)
이다. 따라서 식(6)과 식(9)를 비교하여, 충돌 전후의 계 전체의 운동에너지는

(10)

로 보존되지 않는 것을 알 수 있다

3) 완전탄성충돌

그림3과 같은 구슬과 진자가 충돌하는 완전탄성충돌의 경우, 운동전후에 계 전체의 운동량과 운동에너지가 보존된다 따라서,

(11)

(12)
이다. 는 충돌직후의 진자의 운동에너지이다. 이때, 구슬의 질량은 m, 속도는 v, 충돌 후 구슬과 합쳐진 진자의 질량은 M, 속도는 V이다.순서



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[자연과학] 일반물리학 實驗 - 탄성 및 비탄성 충돌


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[자연과학] 일반물리학 實驗 - 탄성 및 비탄성 충돌



설명
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1. title proper(제목) : 탄성 및 비탄성 충돌

2. 목적 : 탄성충돌 test(실험) 과 비탄성충돌 test(실험) 을 통하여 에너지보존 법칙과 운동량보존 법칙을 이해한다. 운동량 MV는

(2)
이다. 여기서,은 충돌 후 구슬의 속도이다. 이므로

(4)
가 된다 따라서, 구슬의 초속도 v는

(5)
이다. 그러므로, 이 식에서 와 , , 을 알면 초기속도 를 알 수 있다

2) 완전비탄성 충돌

그림2와 같은 비탄성충돌 test(실험) 에서도 충돌전후에 계 전체의 운동량은 보존된다
(1)
구슬과 진자의 완전비탄성 충돌에서 충돌전의 계 전체의 운동에너지는
(6)

이고, 충돌후의 계 전체의 운동에너지는
(7)

이다. 여기서 는 중력가속도이고, 는 질량중심이 올라간 높이이다. 또한, M_p는 순수한 진자의 질량이다. 이때, 운동량 보존 법칙에 따라서
(8)
이므로, 충돌 후의 진자의 에너지는
(9)
이다.

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