実験 運動量保存の法則 その2
●目 的
2つの物体が一直線上で衝突するとき、その前後で運動量保存の法則が成り立つことを調べる。また、はねかえり係数についても求める。
●準 備
ビースピ、ビー玉(大小各1個)、糸、おもり、セロテープ、スタンド、クランプ
斜面台、ものさし(1m)、長い紙(1m)、カーボン紙(2枚)、電子てんびん
●方 法
(1)下図のように配置する。斜面台はクランプで固定する。
(2)図の高さhを測る。2つのビー玉の質量を電子てんびんで測る。
(3)床に長い紙をセロテープで固定する。
(4)図の点Pからおもりを糸で垂らし、点Qを紙上に書き込む。
(5)2つのビー玉の落下点R,Sをおおよそ確かめておき、その上にカーボン紙を裏向きに置く。
(6)ビー玉をころがし、飛び出すときの速さVBと水平到達距離x,yを測る。このときよく見ておかないと、RやSが分からなくなる。
(7)コツ:記録が終われば、紙上の点はすべて×や○などの印を書き込む。
その目的は、次の実験におけるR,Sが分かりやすいように。
(8)いろいろな速さVBとなるように、何種類か実験する。
(9)運動量が保存されているといえるかどうか、検討する。
なお、誤差は次のように計算せよ。
●理 論
ここで、衝突後のビー玉大、ビー玉小の速度をvB
,vA とおくと、
となる。
ビー玉大とビー玉小の質量をM,mとおく。衝突前の速度をvとおく。
・運動量保存則
なので
実験データを用いて、衝突前後の運動量が求められる。
・はねかえり係数