홍익대학교 대학물리실험 정식보고서 선운동량 실험

소개

홍익대학교 대학물리실험(1) 정식보고서 선운동량 실험보고서 입니다.
채점 점수는 18.5점/20점 입니다.

목차

Ⅰ. 서론
Ⅱ. 방법
Ⅲ. 결과
Ⅳ. 논의
Ⅴ. 결론(요약)
Ⅵ. 참고문헌

본문내용

Ⅰ. 서론
1. 실험 목적
물체가 충돌할 때 대부분의 경우에 운동에너지는 감소하나, 운동량은 항상 보존된다. 해당 실험에서는 에어트랙과 포토게이트를 통해 충돌 전 후 물체의 속력을 측정하여 운동량과 운동에너지가 보존되는지 알아본다.

2. 이론적 배경
1) 운동량보존법칙(Law of momentum conservation)
물체에 외력이 작용하지 않을 때, 물체의 운동량의 합은 보존된다는 법칙이다. 여기서 운동량은 물체의 질량과 속도의 곱으로, P=mv로 나타낸다. 만약 두 물체 A와 B가 충돌한다고 가정하고, 그 과정에서 두 물체가 받는 힘을 각각 FA, FB라 하면 작용 반작용의 법칙에 의해 FA = -FB 가 성립한다. 여기서 운동량의 변화량은 힘의 적분값이므로 운동량의 변화량을 각각 ∆PA, ∆PB라 하면, 위 식을 아래와 같이 정리할 수 있다
여기서 두 물체의 운동량의 변화량의 합이 0이므로, 두 물체의 운동량이 보존됨이 설명된다.

2) 충돌의 종류
충돌은 운동에너지 보존 여부에 따라 탄성 충돌과 비탄성 충돌로 분류된다. 선운동량과 운동에너지가 모두 보존되는 경우를 탄성충돌, 선운동량은 보존되나 운동에너지가 보존되지 않는 경우를 비탄성 충돌이라 한다.

3. 기존 연구 결과
2022년 새물리에 게재된 “실험실좌표계와 질량중심좌표계에서 고체구의 2차원충돌해석”(저자 김세헌, 제주대학교 사범대학 물리교육전공, 참고문헌 [3])에서 당구공을 충돌시킨 후 MBL 동영상 분석기를 이용해 두 물체의 운동 상태를 측정하는 실험을 진행했다. 해당 실험의 “Ⅳ. 결과 및 논의”를 참고하면, 두 물체가 충돌할 때 선운동량이 보존됨을 알 수 있다. 또한 탄성 충돌의 경우 운동에너지가 보존되지만, 충돌할 때 발생하는 열에너지와 소리에너지로 인해 실제로는 탄성충돌이 일어나기 어려움을 밝혔다.

참고자료

· “Law of momentum conservation”, Naver Encyclopedia: Physics Encyclopedia, https://iii.ad/068391 (accessed Apr. 3, 2025)
· T. W. Kim and W. G. Han, University Physics Experiment, (Korea, BooksHill, 2025), pp. 114~123.
· S. H. Kim, Collision Analysis of Solid Spheres in Laboratory Coordinate System and Center of mass Coordinate System, New Physics: Sae Mulli 72, 81 (2022)