[자연과학] [물리학실험] 선운동량 보존 예비 및 결과 보고서

[물리학실험] 선운동량 보존

▣ 목적
에어트랙 위에서 두 물체가 정면충돌할 때 충돌 전과 후의 운동량을 비교하여 운동량이 보존되는지 확인한다.

▣ 이론
개의 질점으로 이루어진 질점계의 총선운동량 는
(1)

로 정의 된다. 여기서 와 는 번째 입자의 질량과 속도이다. 입자계에 대한 뉴턴의 운동법칙은
(2)

가 되고 는 외력의 총합이다. 따라서 , 사이의 운동량의 변화는
(3)

으로 표현된다.
← 충격을 받은 물체에 가해지는 힘-시간 그래프. 힘은 커져서 최대가 된 다음 0으로 떨어진다. 힘-시간 곡선 밑부분의 면적이 총 충격량이 되며, 이것은 운동량의 총변화량과 같다.

식 (2)에서 이면 즉, 총운동량 는 항상 일정하게 된다. 이를 운동량 보존법칙이라고 한다. 그러나 어떤 두 시간 사이에 식 (3)의 오른 변이 0에 가깝다면 으로 근사할 수 있게 된다. 이러한 상황이 두 물체가 충돌하기 전후에 운동량 보존법칙을 적용할 수 있는 근거가 된다. 즉, 외력이 아주 작거나 충돌시키는 시간이 아주 짧다면 충돌 직전과 직후의 총운동량은 근사적으로 같다. 1차원에서 충돌하는 두 물체에 대해, 충돌 직전과 직후의 총운동량을 각각 …(생략)