運動量の保存

ソース:ニコラス ・ ティモンズ、 Asantha Cooray、PhD、物理教室 & 天文学、物理的な科学の学校、カリフォルニア大学、アーバイン、カリフォルニア州

この実験の目的は、運動量保存の概念をテストするためです。非常に小さな摩擦面を設定することによって彼らの最初と最後の運動量を含む物体間の衝突は学ぶことができます。

運動量の保存は、物理学の最も重要な法則のひとつです。何かは物理学の保存されている、初期値は最終的な値に等しいです。勢い、システムの合計の当初の勢いが総最終的な運動量と等しくなることを意味します。ニュートンの第 2 法則の状態オブジェクトの力が時間とオブジェクトの運動量の変化に等しいこと。この事実は、勢いは保存されているし、古典力学の働きを支えるし、強力な問題解決ツールのアイデアと組み合わせます。

勢い倍の速度オブジェクトの質量として定義されている:

.(関係式 1)

1 つはまたオブジェクト (ニュートンの第二法則) に働く力の面で勢いを定義できます。

.(式 2)

ここでは、は当初の勢いと時間で使用される同じ規則と、最終的な勢いは、 、 。オブジェクトに作用する力の和は時間とオブジェクトの運動量の変化に等しいです。したがって、オブジェクトに作用する純力がない場合の運動量の変化はゼロになります。別の方法を言ったない外部の力で閉じたシステムで当初の勢いは、最終的な勢いに等しくなります。

このコンセプトは、1 次元と 2次元の衝突のコンテキストで最も簡単に理解します。1 次元の衝突は、質量を持つオブジェクトでと初期速度質量を持つ別のオブジェクトと衝突初期速度と。これらの衝突外力は、効果が小さすぎると想定します。演習では、空気トラックは、グライダー摩擦、外部の力の量を減らすためです。場合は当初の勢いは、最終的な勢いに等しいです。

、 (式 3)

どこプライミングの速度を表す最終的な速度と处置 p 速度は初期速度を表しています。

図 1.実験のセットアップ。

1. フォトゲート タイマーを理解します。

1. バランスを使用して、測定し、それぞれのグライダーの質量を記録します。
2. トラックに 1 つフォトゲート タイマーで 1 つのグライダーを配置します。
3. 「ゲート」設定にフォトゲート タイマーをを設定します。
4. フォトゲートを通過するグライダー、グライダー上記フラグがゲートを通過する時間に記録されます。往復、上フォトゲート新しい時刻が表示されません。スイッチを「読み取り」最初の時間プラス 2 番目の時間が表示されますので、切り替えは、ゲートを通過します。
5. フラグが 10 cm 長いです。速度は距離を時間で割った値であるという事実を使用してグライダーの速度を決定します。
6. それは反対側の壁に跳ね返った後に戻り値のトリップを含め数回、フォトゲートをグライダーを送信し、機器に精通になるために速度を測定します。速度に方向があることに注意してください。正を表す初期速度方向と反対の方向を負の速度値を表すみましょう。

同じ質量の 2 グライダー。

1. トラックには、図 1のように 2 機のグライダーおよび 2 つのフォトゲート タイマーを配置します。
2. 式 3を使用して、最終的な速度の式を確認します。この実験では、グライダー B は残りの部分から開始されます。
3. それがグライダー B. レコード、グライダーの初期の速度と衝突するので、いくつかの初期速度としてそれぞれのグライダーの最終的な速度を与えるグライダー。これを 3 回を行う、あなたの結果を記録し、それらを理論的予測と比較します。

3 不平等な質量の 2 機のグライダー。

1. グライダー B、ダブル、その質量が 4 の重みを追加します。2.1 2.3 の手順を繰り返します。

4 ない残りの部分から始まって等しい固まり

1. グライダー B. から重みを削除します。
2. 2.1 から 2.3 の手順を繰り返しますが、グライダー A. の方向にグライダー B 同様、初期速度を与える

表 1。同じ質量の 2 機のグライダーからの結果。

グライダー (試用版)	(cm/s)	(cm/s)	(cm/s)	(cm/s)	違い (%)
(1)	72.5	-0.2	-	-	-
B (1)	0.0	67.1	72.5	66.9	8
A (2)	35.6	0.3	-	-	-
B (2)	0.0	37.4	35.6	37.7	6
(3)	47.4	0.0	-	-	-
B (3)	0.0	47.8	47.4	47.8	1

表 2。不平等な質量の 2 機のグライダーからの結果。

グライダー (試用版)	(cm/s)	(cm/s)	(kg cm/s)	(kg cm/s)	違い (%)
(1)	52.9	-10.7	-	-	-
B (1)	0.0	37.7	52.9	64.7	22
A (2)	60.2	-13.2	-	-	-
B (2)	0.0	41.5	60.2	69.8	16
(3)	66.2	-12.0	-	-	-
B (3)	0.0	45.9	66.2	79.7	20

表 3。ない残りの部分から始まって等しい固まりからの結果。

グライダー (試用版)	(cm/s)	(cm/s)	(cm/s)	(cm/s)	違い (%)
(1)	48.8	-29.9	-	-	-
B (1)	-42.4	39.8	6.4	9.9	55
A (2)	38.6	-25.2	-	-	-
B (2)	-33.4	32.8	5.2	7.6	46
(3)	38.9	-43.1	-	-	-
B (3)	-48.5	36.3	-9.6	-6.8	41

手順 2、3、および 4 の結果は、方程式 3によってなされる予言を確認します。ステップ 2 で、グライダー、グライダー B. と衝突した後、ほぼ完全に停止になります。したがって、ほぼすべてその勢いはグライダー B. に転送されます。ステップ 3 で、グライダーの来ない重いグライダー B. と衝突した後に停止する代わりに、グライダー B. わたしいくつかの勢いを与える後反対の方向で返します手順 4 で、システムの総運動量両方のグライダーの方向の変化にもかかわらず、同じままになります。事実は、いくつかのケースで総運動量を増やすよう、両方のグライダーの減少の速度実験誤差がある衝突自体が完全に伸びないという事実に関連しています。音との衝突によって発せられた熱は、システムからエネルギーを取ることができます。実際に空気トラックは完全にレベルかもしれないグライダーの速度の動作を変更できます。トラックは傾斜も若干速度は重力方向に増加します。結果はいまだに初期速度に関係なく、システムの全運動量は一定します。

運動量保存せず、ロケットは地面を離れないでしょう。ロケットを何に対して実際に押していない-離陸推圧に依存しています。当初、ロケット自体とロケットの燃料は動かず、ゼロの勢いを持っています。起動すると、ロケットが非常に急速に使用済燃料を推進します。この使用済燃料は、質量と運動量です。場合は最終的な勢いは、破棄された燃料の反対の方向でいくつかの勢いがありますし、当初の勢い (ゼロ) に等しくなければなりません。したがって、ロケットは上方に推進されます。

誰でも銃を発射、今までは運動量の保存を理解しています。上からロケット/燃料システムのような銃/弾薬システムはまた残りの部分から始まります。ものすごいスピードで銃の弾薬が発射されるとき、弾丸の勢いを相殺する反対の方向でいくつかの勢いがなければなりません。これは、反動し、非常に強力することができますと呼ばれます。

人気のある机の飾り文字列からぶら下がっているいくつかの金属球から成る理由「ニュートンのゆりかご」と呼びます。運動量保存の別の例です。ときにボールを解除され、その勢いを転送する隣国を打ちます。最後のボールがある外側にスイングする原因と最初の勢いまで勢いはラインの下移動します。これは、衝突による空気抵抗とエネルギー損失などの外部勢力のためではない、永遠に行くでしょう。

この実験では、運動量保存の法則は摩擦に近い軌道に 2 機のグライダーの衝突を考慮したによって確認されました。この基本法は、おそらく最も重要な問題を解決するため。誰か初期の運動量なら、彼女は最終的な運動量を知っているし、その逆。