일반물리학실험 | 직선 무마찰

 

 

 

TIP

 

 

마찰이 없는 미끄럼판 트랙에서 병진운동, 진동운동 및 충돌에 의한 운동량보존법칙 등 여러 가지 역학적 현상을 관찰한다.

 

 

 

1차원 등속운동

실험에서는 직선형 미끄럼판 트랙에 압축공기를 균일하게 공급하여 활차와 트랙의 마찰을 최대한 줄여 무마찰 운동을 실현한 실험이다.

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실험 방법

1. 1차원 등속운동

1) 포토케이트 전원버튼을 누른다.

 

2) 메모리 스위치는 off, gate와 start 버튼을 누르고, RESET을 누르면 포토게이트의 디스 플레이는 0이 표시된다.

 

3) 공기주입기를 트랙에 연결하고 전원을 켠다.

 

4) 수평계등을 이용하여 트랙을 완전한 수평이 되도록 한다.

 

5) 활차에 범퍼 및 플레그를 꼽고, 한쪽에서 살짝 밀어주어 움직이도록 한다.

 

6) 플레그는 폭이 다른 것으로 사용해 보고 활차의 속도를 변화시켜가며 두 포토게이트를 통과하는 속도의 변화를 관찰해 본다.

 

2. 운동량과 충돌

1) 탄성충돌

(1) 동일질량의 충돌

① 트랙이 완전한 수평이 되도록 하고, 포토게이트의 memory 스위치는 off, gate와 start 버튼을 누르고, RESET을 눌러 디스플레이를 0으로 표시한다.

② 포토게이트는 그림과 같이 장치하고 활차 m_b가 정지해 있는 경우(점선으로 그려진 활차) 와 m_b가 운동하는 경우에 대해 각각 실험한다.

③ m_a에 살짝 힘을 가하여 포토게이트 A를 통과하는데 걸리는 시간과 충돌후 m_b가 포토게 이트 B를 통과하는데 걸리는 시간을 측정한다.

④ 포토게이트의 memory를 off했을 때 통과시간은 계속 합으로 나타나므로 나중 통과시간은 충돌전 시간(재빨리 읽어주어야 한다)을 빼주면 충돌후 통과시간이 될 것이다.

⑤ 속도를 변화시켜 가며 위 과정을 5회 이상 반복하고 측정값을 기록하고, 충돌전과 후의 운동량 및 운동에너지를 구하여 운동량 및 운동에너지 보존법칙이 성립하는가를 확인한다.

 

(2) 다른질량의 충돌

① 그림과 같이 위의 실험과정과 똑같다. 활차 양쪽의 추걸이 부분에 질량을 달고 m_a>m_b 또는 ma<m_b 인 경우에 대해 실험을 한다.

 

2) 비탄성충돌

① m_a에는 바늘을 m_b에는 바늘소켓을 끼우고 그림과 같이 장치 한 다음 트랙 수평유지, 포토게이트의 memory를 off 한다.

② 탄성충돌의 경우와 같이 한쪽이 정지해 있는 경우에는 m_b를 두 포토게이트의 가운데 부 분에 둘다 운동하는 경우에는 두 포토게이트의 바깥쪽으로 초기위치를 잡는다.

③ 앞의 실험 과정과 똑같이 실험하여 측정값을 기록한다. 이때, 포토게이트는 on으로 놓아 충돌후 속력을 위한 시간측정은 한쪽 플레그 만을 읽도록 한다.

④ 속도와 질량을 변화하여 여러 번 실험을 반복하고, 운동량, 운동에너지, 총에너지 보존에 대해서 각각 알아보고 완전 탄성충돌과 비교한다.

 

3. 가속도와 뉴턴의 제2법칙

1) 미끄럼판을 완전한 수평이 되도록 한다.

 

2) 그림과 같이 포토게이트를 장치하고, 추걸이에 질량 m₁(=5g)을 매달아 실로 활차와 연결하고 정지 상태를 유지한다.

 

3) 두 포토게이트 사이의 거리(x)를 측정한다. 트랙의 끝에는 완충기(bumper)를 반드시 부착하여 활차와 트랙이 부딪쳐 손상되지 않도록 주의한다.

 

4) 포토게이트의 메모리를 on, 리셋 한 다음, 활차를 가만히 놓아서 두 포토게이트를 통과하는 시간(t₀, t )을 각각 측정한다.

 

5) 위 실험을 5회 반복하고 가속도 a를 구하여 뉴턴의 제 2법칙에 의한 이론적인 값과 비교한다.

 

 

 

[일반물리학실험]직선 무마찰 레포트