질문 요약
Q1. 고립된 상황에서 충돌 전의 운동 에너지가 충돌 후의 운동 에너지보다 작을 수 있는 이유는? Q2. 충돌에서 에너지가 왜 잃는 것인가? 그 에너지는 어떻게 전환될 수 있는가? Q3. 벡터끼리 대소 비교가 가능한가? 2차원 충돌에서도 성립하는가?
답변 요약
1) 힘에 대한 고립계'는 외력이 작용하지 않고 내부힘만 작용하는 경우를 일컫는 표현입니다. 2) 역학적 일을 계산할 때 힘*(변위)에서 (변위)는 힘이 작용하는 점의 변위를 의미합니다. 3) 2차원에서의 충돌 과정은 기하학적인 방법으로 접근하며, 반발계수 정의는 다루지 않습니다.
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일반물리학 1 18강 요약 : 힘, 충돌, 일, 변위, 반발계수
일반물리학 수업에서 배운 개념들 중에서 흔히 혼동이 되는 부분들을 짚어보고자 합니다. 주제는 바로 '힘', '충돌', '일', '변위', 그리고 '반발계수'입니다.
Q1. 힘적으로만 고립되었다는 것이 이해되지 않습니다. 에너지도 고립되어야지만 충돌 전의 운동 에너지가 충돌 후의 운동 에너지보다 작다는 것이 말이 되지 않나요?
물리학에서 '힘에 대한 고립계'라는 표현은 외력이 작용하지 않고 내부힘만 작용하는 경우를 일컫는 표현입니다. 외부에서 추가적인 힘을 가하지 않았다는 것이지, 에너지가 고립되었다는 뜻은 아닙니다. 충돌 과정에서는 기계적 에너지 보존 법칙이 항상 성립하지 않습니다. 이는 충돌 과정에서 일어나는 소음, 열 등 에너지의 손실 때문입니다.
Q2. 충돌에서 어떤 이유로 에너지를 잃는 것인가요(잃을 수 밖에 없는 것인가요?)? 직관적으로 소리나 열에너지로 소실된다고 이해할 수 있지만 어떻게 그런 에너지로 전환될 수 있는지 모르겠습니다. 더구나 충격력이 작용하여도 물체의 변위가 0이므로 일을 해줄 수 없기에 이해가 잘 되지 않습니다.
충돌 과정에서는 역학적 일을 계산할 때 힘*(변위)에서 (변위)는 힘이 작용하는 점의 변위를 의미합니다. 물체의 전체적인 변위가 0이라도, 충돌하는 두 물체의 접촉점에서는 변위가 발생합니다. 이 변위에 의해 일이 생기고, 이 일에 의해 에너지 손실이 발생합니다.
Q3. 34:23에서 적은 식이 이해가 되지 않습니다. 벡터끼리 대소 비교는 불가능한 것 아닌가요? 만약 1차원 충돌만을 생각한다면 벡터의 내적이 그냥 단순 곱셈이 되므로 식이 성립되지만 2차원 충돌에서도 성립할지 의문이 듭니다. 성립한다면 내적 등을 고려하여 다르게 증명해야 하지 않나요?
2차원에서의 충돌 과정은 기하학적인 방법으로 접근하며, 반발계수 정의는 다루지 않습니다. 1차원 충돌에서의 반발계수는 속도의 비를 이용해 정의하는데, 이는 2차원에서는 사용되지 않습니다. 따라서 2차원에서는 벡터의 대소비교를 고려하지 않아도 됩니다.
이상으로 '힘', '충돌', '일', '변위', 그리고 '반발계수'에 관한 가장 흔히 하는 질문들에 대한 답변을 마치겠습니다. 이해가 되지 않는 부분이 있다면 언제든 댓글로 남겨주세요. 다음 강의에서 뵙겠습니다. 공부하시느라 수고하셨습니다!
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