[물리실험] 운동량 보존
![[물리실험] 운동량 보존-1](https://images.happyhaksul.com/thumb/389/388106-0001.gif)
![[물리실험] 운동량 보존-2](https://images.happyhaksul.com/thumb/389/388106-0002.gif)
![[물리실험] 운동량 보존-3](https://images.happyhaksul.com/thumb/389/388106-0003.gif)
![[물리실험] 운동량 보존-4](https://images.happyhaksul.com/thumb/389/388106-0004.gif)
![[물리실험] 운동량 보존-5](https://images.happyhaksul.com/thumb/389/388106-0005.gif)
분야
doc[2] 결과 분석
[3] 오차 논의 및 검토
[4] 결론
[2] 결과 분석
◑ 충돌 전후에 원반은 등속운동을 하는가?
V1i≠V1f, V2i≠V2f이다. 실험 결과 충돌 전후의 속도는 같지 않았다.
◑ 충돌 전후에 선운동량은 보존되는가?
이론적으로는 x,y 각 좌표축에 대하여 독립적으로 선운동량이 보존되어야 한다. 즉. 위의 식과 같이 Pix=Pfx, Piy=Pfy가 되어야 한다. 하지만 실험 결과 큰 오차를 보였다. 선운동량이 보존되지 않았다. 우리가 알고 있는 선운동량보존법칙은 외력이 작용하지 않을 때 성립하는 것이다. (또는 아주 아주 짧은 시간에 성립) 하지만 실제로는 여러 요인이 마찰력으로 작용하기 때문에 이론을 확인하진 못하였다.
◑ 충돌 전후의 운동에너지의 변화는 어떠한가?
충돌 전후의 에너지 보존 관계식은 위와 같은데, 여기서 ΔE는 충돌 전후의 운동에너지 차이, 즉 충돌 시 소리, 열, 빛, 등으로 소모되는 에너지이다. 에너지 손실률(A) 계산으로 알 수 있듯 우리가 실험한 상태는 탄성 충돌이 아니므로 ΔE는 0이 아니며 원반이 부딪힐 때의 소리나 열에너지로 전환, 원반이 회전하는 에너지, 공기 저항력으로 인한 운동에너지 감소, 실험세팅이 정확한 수평이 이루어지지 않아 중력이 작용하여 위치에너지 관여 등등, 여러 이유로 에너지가 소모된 것을 짐작할 수 있다.
◑ 충돌 양상(입사각, 입사속도 등)이 운동에너지의 손실률에 영향을 미치는가?
에너지 손실률은 질량, 속도에 영향을 받는데 질량은 충돌 전후에 변하지 않으므로 영향을 안주고 입사속도가 영향을 미친다.
[3] 오차 논의 및 검토
ⓐ 이번 실험의 목적은 2차원 평면상에서의 두 개의 원반이 충돌 후에 선운동량이 보존되는 것을 알아보는 실험이었다. 하지만 오차가 굉장히 컸다. 마찰력이라는 외력이 없다는 전제하에 실험을 하여야 하지만, 실제로는 마찰력이 많이 작용하기 때문에 운동량 보존 실험을 제대로 수행할 수 없었다. 마찰력이 될 수 있는 요인으로는 타점 기록 용지, carbon paper의 구김, 원반과 Air table간의 마찰력, 원반에 작용하는 공기 저항력 등이 있다. 또한 원반의 움직임이 직선이어야 되는데 약간의 휘어짐이 발생하거나 타점이 제대로 찍히지 않았던 경우가 있었기 때문에 실험의 속도, 각 측정에 오차가 생겼을 것 같다. 휘어짐은 타점 기록 용지의 구김이나 수평이 잘 맞춰지지 않았기 때문일 가능성이 높고 타점이 찍히지 않은 것은 너무 강하게 충돌시키면 원반이 약간 뜨기 때문인 것 같다. 원반의 질량도 원반만의 질량이 아닌 원반과 연결되어 있는 공기 호스나 전선도 포함되어야 하지만 측정에 무리가 있기 때문에 역시 여기서도 오차가 발생한다. 그리고 원반의 정확한 질량 중심끼리 충돌한 것이 아닌 것도 오차의 원인이 될 것 같다.
ⓑ 이번 실험은 무게가 같은 두 플라스틱 원반이 충돌한 후에 퍼질 때 충돌 전 운동량과 충돌 후 운동량이 서로 어떻게 차이가 나는지 보는 실험이었다. 완전 탄성 충돌임을 가정한다면 이 두 원반은 만나는 각도에 상관없이 충돌 전 진로와 충돌 후 진로가 90도의 각도를 유지하면서 퍼지게 되고 충돌 전 운동량과 충돌 후 운동량이 서로 같아야 한다. 그러나 우리가 한 실험에서는 심하게는 100% 이상의 오차가 발생하였으며, 90도를 유지하지 않는 것을 볼 수 있었다. 이것은 플라스틱 원반의 충돌이 완전 탄성 충돌이 아님을 보여준다. 완전 탄성 충돌이 되지 않은 이유로는 우리가 원반의 충돌을 위해 가한 힘이 마찰, 소리 에너지 등으로 전환된 것이 가장 큰 이유라고 볼 수 있다. 그리고 미세하지만 공기의 저항 때문에 충돌 전후의 운동량에 차이가 발생했다고도 볼 수 있다.