운동량과 충격량(운동량과 충격량의 관계, 운동량 보존 법칙, 상대 속도)
물리학Ⅰ 전개도
판서 조직도
목표 기출 문제
22년도 6월 모평 물리학1 5번
답: 5번
21년도 4월 학평 물리학1 6번
답: 3번
21년도 7월 학평 물리학1 6번
답: 5번
1. 운동량과 충격량의 관계
1) 운동량과 충격량의 정의
①운동량
질량이 m인 물체가 속도 v로 운동할 때 가지는 물리량이다. 운동량은 크기와 방향을 모두 갖는 물리량이다. 기호는 P(pimentum), 단위는 kg·m/s
②충격량
△t동안 F가 작용할 때 물체가 받는 물리량이다. 충격량은 크기와 방향을 모두 갖는 물리량이다.
기호는 I(Impulse), 단위는 N·s
③운동량과 충격량의 관계(힘에 대한 시간적 접근)
④힘-시간 그래프와 충격량
2) 운동량과 충격량의 관계 사례 분석
①충격량 I의 극대화(F일정, △t ↑ ∴ I ↑)
기관포보다는 자주포의 사정거리가 훨씬 길다. 대포 포신의 길이가 길수록 힘 F가 작용하는 시간 △t이 길어져 더 큰 충격량을 받기 때문이다. 물체가 받은 충격량이 클수록 나중 운동량이 더욱 커지므로 멀리 날아가게 된다.
②충격력 F의 극소화 (I일정, △t ↑ ∴ F ↓)
질량이 같은 두 달걀이 자유 낙하하여 지면에 정지하는 경우를 살펴보자.
같은 높이에서 동시에 떨어져 자유 낙하하기 때문에 지면에 도달할 때 두 달걀의 속력은 같다. 그러나 두 달걀은 머지않아 정지하게 된다.
달걀이 유리판에 떨어지든 방석에 떨어지든 충격을 받는 양(충격량)이 동일함에도 불구하고 유리판에 떨어지는 달걀만 깨지는 이유는 무엇일까? 일단 힘의 정의를 생각해 보자. 힘이란 물체의 모양을 변화시키는 원인이다. 더 극적인 모양 변화를 일으키기 위해서는 더 큰 힘이 필요하다. 이는 유리판에 떨어져 깨진 달걀에 그만큼 더 큰 힘 F가 가해졌다는 걸 뜻한다. 그렇다면 유리판이 달걀에 작용하는 힘 F가 방석이 달걀에 작용하는 힘 F보다 큰 이유는 무엇일까?
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 그렇다.
이를 그래프로 나타내면 다음과 같다.
낙하 - 악동뮤지션
https://www.youtube.com/watch?v=iAFsmUMt0So
떨어지는 낙엽은 아름답지만 추락하는 인생은 씁쓸하다. 사실 과학의 눈으로 볼 때, 물질로 이루어진 우주에 인간이 말하는 의미나 가치는 없다. 중력에 의한 물체의 낙하 자체는 아름다운 일도 불행한 일도 아니다. 낙하하는 것이 낙엽일 때 아름답고, 유리잔일 때 불행하다. 가치는 인간이 임의로 부여하는 것이다. 오늘 공부한 물리학 내용에도 인생의 의미를 부여할 수 있다.
학업을 비롯해 어떤 소기의 목표를 달성하고자 열정을 단기간에 쏟아버린다면 나의 체력과 의지는 산산조각 날 요량이 크다. 따라서 무슨 일이 되었든 간에 장기간 레이스라는 관점으로 꾸준함을 유지하여야 한다.
+충격력을 극소화한 다른 사례들
2. 운동량 보존 법칙
1) 사실은 뉴턴 운동 제3법칙
두 물체가 충돌하는 시간(△t) 동안 서로에게 작용하는 힘들은 '작용 반작용 관계'에 있기 때문에 크기가 같고, 방향은 서로 반대다.
2) 운동량이 보존되는 사례 분석
상대 속도
운동량 보존 법칙이 두 물체 간에 상호 작용하는 힘의 관계를 설명하는 뉴턴 운동 제3법칙에서 비롯되다 보니 이 단원의 기출문제에는 두 개 이상의 물체가 운동하는 상황이 자주 등장한다. 그렇기 때문에 상대 속도에 대한 개념도 알고 있어야 한다.
상대 속도는 두 개의 운동을 하나의 운동으로 치환하는 도구이므로 보다 복잡한 상황을 단순화하는 데 의의가 있다.
도전 기출 문제
22년도 수능 물리학1 13번
답: 2번