말로하는 일반물리학 물체의 충돌에 대해 이야기하려고 합니다. 늘 그렇듯 수학 없이 그냥 아~ 그런거지 착각하고 잘못 이해할 수 있는 그런 것을 적당히 알고 적당히 이해해 보려고 합니다. 오늘은 우리가 왜 자꾸 오해하게 되는지 자유낙하는 뭔지 알아봅시다
물체의 충돌
물체가 충돌하면 어떻게 될까요?
쾅~!! 소리가 나고, 빛이 나기도 하고, 주변에 진동을 만들기도 하고 , 충돌한 물체가 깨지기도 하고, 한덩어리가 되기도 합니다.
물리의 이해는 최~~대한 간단한 조건을 선정하고 이해의 폭을 넓히는 것이 좋습니다.
그래서 가장 단순하게 2개의 물체가 충돌 하는데 한 덩어리다 되거나 각각의 형태를 유지한채로 서로 튕겨져 나가는 경우를 설명드리겠습니다.
먼저 완벽한 충돌 후 한덩어리가 되는경우 완전 비탄성 충돌이라고 하고 충돌 전후 손실에너지(빛 소리 열 등)이 없이 오직 운동에너지가 보존된는 경우 완전 탄성 충돌이라고 합니다.
운동량 보존법칙(운동량은 변하지 않는다)
물체가 외부로 에너지를 손실하지 않을때 물체의 충돌전후 운동량은 보존된다는 법칙입니다.
간단히 말해 어떤 충돌을 하건 뭘하건 빠져나가는게 없다면 총합의 동일 하다는 것이죠(똥도 안싸고 땀도안흘리고 열도안나면 내살은 그대로인 것처럼.. )
탄성계수
물체가 충돌하거나 외부힘을 받았을때 다시 되돌아 가려는 성질을 나타내는 값으로 0이면 모두 흡수, 0이면 모두 되돌려줌 이라고 이해하시면 됩니다.
예) 땅에 떨어진 흙이 튕김없이 한번에 딱 붙어버린 경우 탄성계수 0, 땅에 떨어진 탁구공이 완벽하게 처음위치까지 튕겨나 올라오는 경우 탄성계수 1
실제 현실은 0보다 크고 1보다 작은 경우만 있다고 봐야합니다.
완전 비탄성 충돌(탄성계수가 0, 한 덩어리)
두개의 찰흙을 정면출돌하게 하여 출돌후 한덩어리가 된다는 한덩어리가된 물체의 속도는 어떻게 될까요? 당연히 빠른고 무거운 물체의 영향을 많이 받습니다. 같은 속력을 갖은 수박만한 찰흙은 왼쪽으로 가고 주먹만한 찰흙은 오른쪽으로 가다 충돌하여 한덩어리가 되었다면 수박만 했던 찰흙의 속력 보다는 조금 느린속력으로 왼쪽으로 갈것입니다. 이때 주먹만한 찰흙의 속력이 1000배 더 빨랐다면 이번엔 반대로 1000배보다 많이 느리지만 왼쪽방향으로 한덩어리가된 물체를 움직일 것입니다. 이는 물체의 운동량은 무게와 속력에 비례하기 때문입니다.
그럼 운동량 보존법칙에 따라 왼쪽으로 가는운동량 + 오른쪽으로 가는 운동량 = 한덩어리의 운동량 입니다.
완전 탄성 충돌(완벽한 충돌_ 당구공이 매우 유사함)
탄성계수가 1인 충돌 당구공이 서로마주보고 오다가 충돌한경우 받은 힘을 모두 돌려주는어 왼쪽으로 가던 공은 오른쪽으로 가던 공의 속력으로 운동하고 오른쪽으로 가던 공은 왼쪽으로 가던 공이 속력으로 운동하게 됩니다.
운동량 보존법칙에 따라 왼쪽으로 가는운동량 + 오른쪽으로 가는 운동량 = 오른쪽으로 되돌아가는 운동량 + 왼쪽으로 되돌아가는 운동량 입니다.
그래서 당구를 쳐보신 경험이 있다면 내가 공이 목적구에 정확히 맞으면 내가 친공은 멈추고 멈춰있던 공은 내가 친공처럼 운동을 합니다.
(운동하던 공+ 멈춘 공 = 멈춰있던 공처럼 운동하기 위해 “멈추는 공 + 운동하던 공처럼 운동하기 위해 운동하는 공)
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