일반물리학실험 | 충격량과 뉴턴 제3법칙

 

 

 

TIP

 

 

1. 충격량은 운동량의 변화량과 같다는 내용으로 충격량의 정의의 출발점이 된다. 또한 한 물체가 다른 물체에 힘을 가하면, 그 물체는 그 자체가 가한 힘과 크기는 같고 방향이 반대인 힘을 받는다.
2. 본 실험에서는 충격량이 운동량의 변화량과 같음을 확인하고, 두 물체가 서로 충돌할 때 뉴턴 제3법칙이 성립함을 확인한다.

 

 

첫 번째 실험은 운동량의 변화량 충격량이 실제로 같은지 확인하는 실머이다. 운동수레를 떨어진 힘 센서에 충돌시켜 힘과 속도의 그래프를 얻는 작업이 될 것이며, 충격량(I)은 힘에 대한 적분으로 얻고 운동량의 변화량을 ΔP=mv²-mv¹식을 이용하여 얻어 보면 거의 일치한 값이 나올 것이다.

 

두 번째 실험은 작용 반작용의 법칙이 실제로 작용하는지 확인해보는 실험으로써 힘센서가 장착된 두 수레를 충돌시켜 각각이 받는 힘을 시간의 함수로 얻어 볼 것이다. 왼쪽 수레의 값을 F₁ 오른쪽 수레의 값을 F₂라고 하면 어느 한쪽 힘에 (-) 부호를 취하여 주면 두 힘은 같은 시간 축에서 항상 거의 같은 힘을 가지게 될 것이다.

 

마지막 실험은 서로 다른 범퍼를 사용하여 충돌 시킬 때, 충돌시간과 힘의 관계에 대하여 알아보는 실험이 될 것이다. F = ʃKdx = ma(K:탄성계수)이고 그럼 충격량 I = ʃFdt = dint Kdxdt이므로 같은 충격량이라면 두 번째 식에 의해서 dt즉, 충돌지속시간이 증가하게 나타날 것이며, 그에 따라 힘의 최대값 역시 작게 나타나게 될 것이라고 생각한다.

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실험 방법

실험 1 운동량 변화량과 충격량

1) 동역학 트랙의 왼쪽 받침을 40㎝ 에 고정하고 오른쪽 받침을 120㎝ 에 고정한다.

 

2) 왼쪽에 운동센서, 오른쪽에 힘 센서를 장착한다.

 

3) 힘 센서에 용수철을 장착한다.

 

4) 수레를 힘 센서 쪽으로 밀어준다.

 

5) 측정한다.

 

실험 2 작용 반작용의 법칙

1) 두 개의 수레에 센서를 달고, 용수철을 부착한다.

 

2) 센서의 영점 조절을 하고, 양쪽 수레를 만나도록 다른 방향으로 밀어준다.

 

3) 측정한다.

 

실험 3 충격량과 힘의 관계

1) 나무토막을 이용하여 경사를 준다.

 

2) 실험 1과같이 동역학 트랙을 세팅한다.

 

3) 힘 센서에 강한 용수철 범퍼, 약한 용수철 범퍼, 고무 범퍼를 차례로 바꿔 장착하면서 수레를 위에서 떨어지도록 놓으며 측정한다.

 

 

 

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