운동량과 충격량 ② {운동량과 충격량의 관계}

물리학Ⅰ 전개도

 

판서 조직도

 

목표 기출 문제

22년도 7월 학평 물리학1 6번

답: 3번

 

21년도 4월 학평 물리학1 6번

답: 3번

 

21년도 7월 학평 물리학1 6번

답: 5번

 

2. 운동량과 충격량의 관계

 

1) 충격량의 정의

 

 

충격량은 △t동안 F가 물체에 작용할 때 물체가 받는 물리량으로써 크기와 방향을 모두 갖습니다.

기호는 I(Impulse), 단위는 N·s

 

2) 운동량과 충격량의 관계, 힘에 대한 시간적 접근

 

힘-시간 그래프와 충격량

 

3) 운동량과 충격량의 관계 사례 분석

 

① 충격량 I의 극대화 (= F일정, △t ↑  ∴  I ↑)

(좌) 기관포                                                                                                                  (우) 자주포

 

기관포보다는 자주포의 사정거리가 훨씬 깁니다. 대포 포신의 길이가 길수록 힘 F가 포탄에 작용하는 시간 △t이 길어져 더 큰 충격량을 받게 됩니다. 물체가 받은 충격량이 클수록 나중 운동량이 더욱 커지므로 멀리 날아가게 됩니다.

② 충격력 F의 극소화 (=I일정, △t ↑  ∴  F ↓)

질량이 같은 두 달걀이 자유 낙하하여 지면에 정지하는 경우를 살펴봅시다.

공기 저항에 따른 마찰을 무시하는 상황

 

같은 높이에서 동시에 낙하하기 때문에 지면에 도달할 때 두 달걀의 속력은 같습니다. 그러나 두 달걀은 머지않아 정지하게 되죠.

 

 

달걀이 유리판에 떨어지든 방석에 떨어지든 충격을 받는 양(=충격량)이 동일함에도 불구하고 유리판에 떨어지는 달걀만 깨지는 이유는 무엇일까요? 힘이란 물체의 모양을 변화시키는 원인입니다. 더 극적인 모양 변화를 일으키기 위해서는 더 큰 힘이 필요하겠죠? 이는 유리판에 떨어져 깨진 달걀에 그만큼 더 큰 힘 F가 가해졌다는 걸 뜻합니다. 그렇다면 유리판이 달걀에 작용하는 힘 F가 방석이 달걀에 작용하는 힘 F보다 큰 이유는 무엇일까요?

 

 

달걀이 방석에 떨어질 때에는 운동량이 변화(mv→0)하는 데 걸리는 시간이 상대적으로 더 길고 달걀이 유리판에 떨어질 때에는 운동량이 변화(mv→0)하는 데 걸리는 시간이 상대적으로 짧아서 그렇습니다. 이를 그래프로 나타내면 다음과 같아요.

 

 

③ 충격력을 극소화한 다양한 사례들

 

---

낙하 - 악동뮤지션

https://www.youtube.com/watch?v=iAFsmUMt0So 

 

떨어지는 낙엽은 아름답지만 추락하는 인생은 씁쓸합니다. 사실 과학의 눈으로 볼 때, 물질로만 이루어진 우주에 인간이 말하는 의미나 가치는 전혀 없어요. 즉 중력에 의한 물체의 낙하 자체는 결코 아름답지도 불행하지도 않습니다. 그러나 그러한 '낙하'를 단순한 떨어짐이 아닌, '하늘의 별이 되는 순간'으로 비유하여 그 의미를 곱씹어보는 것. 이처럼 자칫 무미건조할 수 있을 물리학에 자신만의 의미를 부여한다면 물리학이 좀 더 의미 있게 다가오지 않을까요? 

 

인생은 장기전

 

달걀이 유리에 떨어지든 방석에 떨어지든 충격을 받는 정도가 동일함에도 불구하고 유리에 떨어지는 달걀이 깨지기 쉬웠던 이유는 유리에 떨어졌을 때 충격을 받는 시간이 상대적으로 짧아 더 큰 충격력을 받기 때문이었습니다. 이처럼 학업을 비롯해 어떤 소기의 목표를 달성하고자 열정을 짧은 기간에 쏟아버린다면 나의 체력과 의지는 산산조각 날 요량이 큽니다. 따라서 무슨 일이 되었든지 '인생은 장기전'이라는 관점으로 꾸준함을 유지하여야 합니다.

 

달걀이 가르쳐주는 꾸준함의 중요함

달걀 껍질은 밖으로부터 오는 힘에 대해서는 알을 품는 어미의 무게를 견딜 수 있을 만큼 단단하고, 안으로부터 오는 힘에 대해서는 새끼가 쉽게 깨고 나올 수 있을 만큼 약합니다. 나의 세계 역시 밖으로부터 오는 지난한 고통에 대해서는 견딜 수 있는 만큼 단단하고, 안으로부터 오는 힘에 대해서는 내가 쉽게 깨고 나올 수 있을 만큼 약합니다.

 

돌아보면 모든 시련은 내가 감당할 수 있도록 계획되어 있는 거 같더라고요. 그리고 그 시련들은 삶의 새로운 목적과 계획에 눈뜨게 했습니다. 그렇기에 삶의 고단함을 꾸준함으로 견뎌내세요. 그 인고의 세월에 흐르는 꾸준함은 언젠가 나의 세계를 감싸고 있는 껍질을 부수는, 소위 혁신을 야기할 것입니다. 고통을 초극한 인내의 깊이는 한 사람의 사람됨의 깊이입니다. 시련을 의연하게 이겨내야 할 이유가 여기에 있는지 모르겠습니다. 오늘도 물리를 통해 인생을 배웁니다.