Need Report Paper: 일반물리학실험 - 서식지에어트렉A+자료(2016.4월 최신) 다운받기 -

2016년 6월 13일 월요일

일반물리학실험 - 서식지에어트렉A+자료(2016.4월 최신) 다운받기 -

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일반물리학실험 - 에어트렉A+자료(2016.4월 최신) 다운받기

일반물리학실험 - 에어트렉A+자료(2016.4월 최신)

물리 에어트렉 실험 결과 레포트 자료입니다.물리학과 학생이 직접 쓴 것으로 A+ 자료입니다.도움 되셨으면 좋겠습니다!2012년 4월에 쓴 따끈따끈한 자료입니다.( 보고날짜는 3월 말로 되있지만 저희 학교는 실험날짜를 보고날짜로 쓰기때문에 3월로 쓴것이고 실제론 4월에 썼습니다.)바쁜 새내기를 위해 만든 자료이며수정안하고 뽑아서 바로 내셔도 손색없는 자료입니다.^^ (1학년땐 놀아야죠 ㅎㅎ~)

ⅵ) 실험 적용 이론

1차원에서 질량이인 물체가의 속도로 운동을 하고 질량이인 물체가의 속도로 운동하다가 서로 충돌하였을 때, 이 두 물체의 충돌후의 속도를 각각 및이라고 하면 두 물체의 운동량은 다음의 식을 만족한다. (운동량 보존 법칙에 의함)

여기서 만일 질량인 물체가 처음에 정지해 있고 질량인 물체가의 속도로 운동하고 있다가 충돌한 후 함께 붙어서의 속도로 운동한다고 하면 식은 다음과 같이 된다.

( @@@@@@@@@@@@@@@@@@@ 수식 있습니다. @@@@@@@@@@@@@)

그러므로 속도와 사이에는 다음과 같은 관계가 있음을 알 수 있다.

본 실험에서는 위에 나타내어진 식이 성립하는지를 확인함으로써 비탄성 충돌 하에서도 운동량이 보존됨을 확인 할 수 있다.

2. 에어 트랙

(last update : 2012.3.1)

1. 목적

마찰이 없는 수평 미끄럼판에서 운동하는 물체의 여러 가지 역학적 현상을 관찰한다.

2. 이론

에어 트랙(air track)은 압축 공기를 수많은 작은 구멍을 통하여 분출시켜 활차(glider)를 뜨게 함으로써 활차가 마찰이 없이 움직이게 만들어 주는 장치이다. 따라서 마찰이 없는 이상적인 조건 하에서 물체의 병진운동, 진동, 충돌 등을 관찰할 수 있으며, 이와 관련된 여러 가지 역학 법칙 및 보존 법칙 등을 확인할 수 있다.

< Newton의 운동 제2법칙>

본 실험에서는 일정한 힘에 의하여 일직선상에서 미끄러지는 에어 트랙 위의 활차의 운동을 관찰함으로써, 아래 식으로 주어지는 Newton의 운동 제2법칙을 실험적으로 확인하기로 한다.

(1)

질량의 활차에 작용하는 일정한 힘는 실의 장력에 의하여 주어진다. 이 활차와 질량이 인 추가 팽팽히 붙어서 움직이므로 같은 크기의 가속을 받는다. 그러나 이 두 물체의 질량이 다를 경우 작용하는 힘은 다르다. 각각에 대한 Newton의 운동 방정식

(2)

로부터 실의 장력 를 소거하면 다음의 가속도를 얻는다.

(3)

즉, 뉴턴의 제2법칙이 성립하면 가속도의 값은 식 (3)의 우변에서 계산되는 값이어야 한다.

이제 순전히 가속도의 정의에 입각하여 이 가속도의 값을 (실험을 통하여) 구해보자. 일정한 힘이 작용할 때, 질량의 활차가 정지 상태로부터 출발하여 시간 동안에 움직인 거리가 라고 하면, 등가속도 운동이므로, 다음 관계식이 성립한다.

(4)

따라서와를 측정하여 가속도

(5)

를 얻을 수 있다. 식 (5)에서 얻어지는 가속도와 식 (3)에서 얻어지는 가속도를 비교하여 상대 오차를 살펴본다.

< 완전 비탄성 충돌에서의 운동량 보존 법칙 >

두 물체가 충돌할 때 총 외력의 합이 영이면 총 운동량은 보존된다. 한편, 충돌은 탄성충돌과 비탄성 충돌로 구분할 수 있는데, 비탄성 충돌에서는 운동 에너지가 보존되지 않는다. 본 실험에서는 비탄성 충돌 중에서도 충돌 후 두 활차가 붙어서 한 덩어리로 되어 움직이는 완전 비탄성 충돌에서의 운동량 보존법칙을 직접 실험을 통하여 확인하여 보도록 한다.

1차원에서 질량이인 물체가의 속도로 운동을 하고 질량이인 물체가의 속도로 운동하다가 서로 충돌하였을 때, 이 두 물체의 충돌후의 속도를 각각 및이라고 하면 두 물체의 운동량은 다음의 식을 만족한다.

(6)

여기서 만일 질량인 물체가 처음에 정지해 있고 질량인 물체가의 속도로 운동하고 있다가 충돌한 후 함께 붙어서의 속도로 운동한다고 하면 식 (6)는 다음과 같이 된다.

(7) 그러므로 속도와 사이에는 다음과 같은 관계가 있음을 알 수 있다.

(8)

충돌에서는 충돌 전후의 상대속도의 비로 반발계수(restitution coefficient) 라는 양을 도입하는데

(9)

로 정의된 양으로 충돌 전의 상대속도에 관계없이 물체의 재질에만 영향을 받는다. 탄성 충돌의 경우 , 완전 비탄성 충돌의 경우 , 일반적인 비탄성 충돌의 경우 의 값을 갖는다. 본 실험에서는 식 (8)이 성립하는지를 확인함으로써 비탄성 충돌 하에서도 운동량이 보존됨을 경험적으로 확인하고자 한다.

3. 실험 장치

에어 트랙, 에어 서플라이(air supply), 에어 호스(air hose), 글라이더 2개, 추걸이와 추, 도르래, 실, 위 부속 핀, 옆 부속 핀, I-Ca system , 스크린 , 고무찰흙

4. 실험 방법

< Newton의 제2법칙 >

그림 1. Newton 제2법칙 실험

1) 평평한 테이블 한 쪽에 스크린을 설치하고, 에어트랙을 그 중앙에 최대한 수평이 되도록 설치한다. 에어트랙이 수평이 되었는지는 공기를 불어넣어 활차가 약간 떴을 때 한쪽으로 움 직 이는지를 보면 알 수 있다.

2) 활차에 위 부속 핀을 꽂고 그 질량과 추걸이의 질량을 각각 확인하여 기록한다. 에어 트랙의 끝에 도르래를 설치하고 활차와 추걸이를 실로 연결해 그림과 같이 장치를 꾸민다. 이 때 실은 수평을 유지하고 있어야 한다.

3) 에어트랙에 글라이더를 올려놓고 기준자를 이용 스케일 및 좌표계를 설정한다.

4) 그림 2와 같이 에어트랙에 글라이더 도르래 추걸이를 연결하고, 추걸이에 추를 올려놓는다.

이 때, 추걸이의 질량과 얹어놓은 추의 질량을 합하여 얻어지는 총질량 을 기록한다.

그런 다음동영상 촬영 준비를 한다.(추의 질량은 실험영역을 감안 100g 정도가 적당하다.)

5) 잡았던 글라이더를 놓고 그 운동을 동영상으로 촬영한다.