일반물리학실험 | 충돌-충격량과 운동량

 

 

 

TIP

 

 

1. 운동량과 충격량의 관계를 이해한다.
2. 경사각과 출발위치의 변화에 따른 충격량과 운동량 변화를 이해한다.
3. 급격한 충돌과 완충된 충돌에서의 힘과 시간의 관계를 이해한다.

 

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) Pasco 550 Universal Interface와 컴퓨터를 연결하고 전원을 켠다.

 

2) 컴퓨터 바탕화면에서 Pasco Capstone를 실행시킨다.

 

3) Capstone의 왼쪽 상단의 장치 도구에서 하드웨어 설정 창을 열고 하드웨어 설정 창 안의 Pasco 550 Universal Interface 그림의 디지털 채널 1을 운동 센서로 선택하고 아날로그 채널 A를 힘 센서로 선택한다.

 

4) 운동량은 실시간으로 얻어진 속도 값을 통하여 계산 된다. 이를 위하여 아래의 과정대로 계산기를 설정하라.

① Capstone의 계산기(Calculator)을 열어라.

② 계산기에 다음 수식을 입력하라 “ Momentum=mass* ”

③ 계산기 아래의 데이터 아이콘을 클릭한 후 속도(Velocity)를 선택하라.

④ 수식 입력이 완료 되었으면 enter key를 눌러라.

⑤ 수식의 아래의 mass라는 상수 값을 정의하라고 ‘mass=’와 같이 나타 날 것이다. 이때 mass의 값은 카트의 질량이다.

 

5) 디스플레이 팔레트에서 Graph를 더블클릭하여 그래프 창을 열어라.

 

6) 디스플레이 도구 막대에서 ‘Add new plot area to the Graph display’를 두 번 더 클릭하여 수평축을 공유하는 세 개의그래프가 표시되도록 하라.

 

7) 그래프들의 y축을 각각 힘, 속도, 운동량으로 설정하고 x축을 시간으로 설정한다.

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8) 운동 센서의 입체 음향 플러그를 인터페이스의 디지털 채널 1과 2에 연결하라. 디지털 채널 1에 노란색 플러그를 디지털 채널 2에 검은색 플러그를 연결한다. 힘 센서의 DIN플러그는 아날로그 채널 A에 연결한다.

 

9) 힘 센서와 운동 센서를 트랙의 양 끝에 설치한다. 이 때 운동 센서가 설치된 트랙부분이 2㎝정도 더 높아지도록 트랙을 경사지게 설치하고 힘 센서는 후크 나사를 제거하고 대신 자석 범퍼를 설치한다.

 

10) 측정하기 앞서 힘 센서의 영점 버튼을 누른다. 이 때 힘 센서의 고리부분에 힘이 가해지지 않도록 한 상태에서 영점 버튼을 누른다.

 

11) 잡고 있던 카트를 놓으면서 측정을 시작한다. 이 때 카트를 일정한 위치에서 출발시키도록 하고 현재의 각도와 출발위치를 기본위치로 둔다.

 

12) 그래프에서 충돌 전과 후의 속도, 운동량 그리고 충격량을 구하고 표에 기록한다. 이를 위하여 속도-시간 그래프에서 각각 최대와 최솟값을 읽어준다. 이 때 충돌전의 속도가 최대가 되고, 충돌 후에는 속도가 최소가 된다. 그리고 운동량-시간 그래프에서 최대와 최솟값을 읽어서 충돌전과 충돌후의 운동량을 구한다. 충격량을 구하기 위해서는 힘-시간 그래프에서의 봉우리 면적을 읽어준다.

 

13) 기본위치에서 운동 센서를 설치한 쪽의 트랙을 더 높여서 경사만 변화시킨 후 실험을 반복한다.

 

14) 기본위치에서 출발위치만 변화시킨 후 실험을 반복한다.

 

15) 힘 센서의 자석 범퍼를 완충 스프링1으로 교환한 후 실험을 반복한다.

 

16) 힘 센서의 자석 범퍼를 완충 스프링2으로 교환한 후 실험을 반복한다.

 

 

 

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