일반물리학실험 | Linear Air Track

 

 

 

TIP

 

 

탄성, 비탄성 충돌의 의미를 알고, 그에 대한 운동량 보존을 알아본다.

 

 

 

본 실험에서는 탄성, 비탄성 충돌의 의미를 알고, 그에 대한 운동량 보존을 알아보기 위해 Linear Air Track 실험을 실시하였다. Linear Air Track은 압축 공기를 수많은 작은 구멍을 통해 분출시켜 글라이더를 공중에 뜨게 함으로써 글라이더가 마찰이 없이 움직일 수 있도록 해주는 장치로서 마찰이 없는 이상적인 실험조건의 수평 미끄럼판에서 1차원적 등가속도 운동하는 물체의 역학적 특성을 관찰할 수 있도록 도와주었다.

 

 

운동량 보존의 법칙

운동량 보존법칙은 에너지 보존법칙과 함께 자연현상을 지배하는 기초법칙이다. 운동의 제2법칙에 따르면 힘은 질량과 가속도의 곱 또는 운동량의 시간변화율로 나타난다. 따라서 외부의 힘이 작용하지 않거나 합력이 0이면 물체의 운동 상태는 변하지 않고 관성을 유지한다. 이런 관성계에서 운동량의 총합은 항상 변하지 않고 보존된다.

 

여러 개의 물체로 이루어진 계의 경우, 물체끼리 충돌할 때 각각의 운동량은 바뀌지만 결국 전체의 총합은 변하지 않는다. 이것을 이용하여 충돌 후의 속력 변화를 계산할 수 있다. 완전탄성충돌 뿐 아니라 비탄성충돌이 일어나도 전체의 운동량은 보존된다. 반면 운동에너지는 완전탄성충돌의 경우만 보존되고, 비탄성충돌의 경우에는 열에너지, 소리에너지 등으로 전환되어 감소한다. 그러나 이때 열과 소리 등을 모두 더한 전체의 에너지는 보존된다. (에너지 보존법칙)

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 에어 트랙과 글라이더를 위의 그림처럼 설치한다. 이때 각 글라이더의 범퍼는 그림처럼 충돌 시 탄성 충돌이 될 수 있는 범퍼를 이용한다. 그런 후 주의 깊게 에어트랙의 평형을 조정한다.

 

2) 두 글라이더의 질량을 기록하여 표에 작성한다.

 

 

3) 글라이더에 충돌 실험 용 플래그를 장착한다.

 

4) 포토게이트 타이머를 설치하고, 측정 모드를 speed–collision 으로 설정한다. 그런 다음에 start 버튼을 눌러 측정에 들어간다.

 

5) 글라이더2를 2대의 포토게이트 사이에 정지 상태로 위치시킨다. 글라이더1을 가볍에 글라이더2 쪽으로 밀어 포토게이트 타이머에 나타난 속도를 기록한다. 이 때 포토게이트 타이머에 나타나는 형식은 포토게이트1에서 읽어 들이 글라이더1의 초기 속도와 충돌 후 속도가 같이 나타나며, 실험모드 버튼을 누르면 포토게이트2에서 읽어들인 글라이더2의 충돌 후의 속도가 나타난다. 충돌 전의 속도는 정지 상태였으므로 0이 된다.

 

6) 실험을 여러 번 반복하여 측정한다. 글라이더 1 혹은 2의 질량을 변경하여 실험을 반복한다. 글라이더1 이나 글라이더2 의 초기속도를 변경하여 실험을 반복한다.

 

7) 실험에서 글라이더2 가 완전히 정지 상태에 있지 않기 때문에 충돌 전까지 가볍게 손을 대고 있다가 충돌 바로 전에 놓아서 실험할 수 있도록 몇 번의 연습을 행하며 실험한다.

 

8) 탄성 충돌에 사용된 고무줄 범퍼와 판 범퍼 대신, 비탄성 충돌이 될 수 있도록 바늘 범퍼와 고무 찰흙 범퍼를 충돌 시 서로 부딪힐 수 있도록 글라이더에 꼽는다.

 

 

 

[일반물리학실험] Linear Air Track 레포트