운동량(momentum)과 충격량(impulse), 운동량의 보존의 법칙, 반발계수

1. 운동량 (momentum)

 

물체의 운동 효과는 질량과 속도의 곱으로 나타냅니다. 이를 운동량이라고 합니다.

 

 SI 단위계에서 kg⋅m/s의 단위를 가집니다.

 

2. 충격량 (impulse)

 

같은 질량을 가진 스펀지와 쇠공을 같은 속도로 유리에 던졌다고 가정해 봅시다.

 

속도와 질량이 충분히 크다면, 쇠공에 맞은 유리가 깨지는 것을 볼 수 있습니다.

 

그러나 스펀지 공은 아무리 세게 던져도 유리가 깨지지 않습니다. 

 

이렇게 같은 질량, 같은 속도 (즉! 같은 운동량)으로 부딪혔는데 다른 결과가 나오는 이유는 바로 충격량의

 

차이로 인한 것입니다.

 

스펀지는 유리에 부딪히는 순간 푹신하게 줄어 들고, 쇠는 거의 수축하지 않는다는 차이가 있습니다.

 

즉! 스펀지가 수축이 완전히 끝날 때까지의 시간이 쇠가 수축을 끝내는 시간보다 더 길다는 뜻입니다.

 

즉! 유리에 충격이 작용하는 시간이 스펀지가 더 길다는 것이다. 같은 충격량이지만 작용 시간이 길어질수록

 

힘이 분산되는 것입니다.

 

충격량은 어떤 정해진 시간 안에 운동량의 변화이다.

충격량의 단위는 운동량의 단위와 같다. 즉, 그 SI 단위는 N · s 또는 kg · m/s 입니다.

 

3. 운동량 보존의 법칙

 

 

출처 : https://www.scienceall.com

운동량 보존의 법칙은 만약 어떤 계에 외부에서 힘이 가해지지 않는다면, 뉴턴의 운동법칙에 따라 계의

 

총 운동량은 바뀌지 않는다. 두 물체가 충돌할 때도, 두 물체의 운동량의 합은 일정하다.

 

즉, 충돌 과정에 서 충돌 직전의 전체 운동량은 충돌 직후의 전체 운동량과 같습니다.

 

 

여기서 v는 충돌 전 속도, u는 충돌 후 속도를 나타냅니다.

 

 

 

4. 반발계수

 

반발계수란 물체가 되튕겨지는 정도를 표시합니다.

 

물체의 충돌 전후 속도의 비율을 나타내는 값이기도 합니다.

 

반발 계수가 1인 물체는 탄성 충돌을 하며, 반발 계수가 1보다 작은 물체는 비탄성 충돌을 합니다.

 

탄성 충돌을 하면 운동량은 물론 보존이 되고, 충돌 후 운동 에너지도 보존됩니다.

 

반발 계수가 0이면 완전 비탄성 충돌을 하며, 충돌한 물체와 붙어서 튀지 않는다.