이 실험에서 알아볼 내용

운동 방향을 부호로 구별하고, 탄성·완전비탄성 충돌에서 총 운동량과 운동 에너지가 어떻게 달라지는지 비교하세요.

교과와 단원

물리학 개념 · 운동량과 충돌. 공개 참고 자료의 원리를 바탕으로 만든 학습 모형입니다.

탐구 질문과 해설

1. 가벼운 A가 더 무거운 B에 탄성 충돌해 되돌아오면 운동량 보존은 깨질까요?

아닙니다. 왼쪽으로 되돌아오는 A의 운동량은 음수입니다. A와 B의 운동량을 부호까지 포함해 더하면 충돌 전의 총 운동량과 같습니다. 크기만 더하면 보존 여부를 잘못 판단할 수 있습니다.

2. 두 물체가 붙어서 움직일 때 줄어든 운동 에너지는 사라진 것일까요?

완전비탄성 충돌에서도 총 운동량은 보존됩니다. 줄어든 운동 에너지는 변형과 열 등 내부 에너지로 전환됩니다. 운동 에너지의 보존 여부와 모든 형태를 포함한 에너지 보존을 구별하세요.

모형의 가정과 실제 현상과의 차이

수평 방향의 알짜 외력이 0인 두 물체의 1차원 충돌입니다. A만 처음에 오른쪽으로 움직이고 B는 정지합니다. 오른쪽을 양(+)의 방향으로 정해 p=mAvA+mBvB를 계산합니다. 탄성 충돌은 총 운동량과 운동 에너지를 모두 보존하며, 처음 A의 속력을 u라 하면 vA=(mA−mB)u/(mA+mB), vB=2mAu/(mA+mB)입니다. 완전비탄성 충돌은 두 물체가 붙으며 공통 속도 v=mAu/(mA+mB)를 갖습니다. 감소한 운동 에너지는 내부 에너지 증가량으로 해석합니다. 마찰, 회전, 공기 저항은 생략하고 충돌은 순간적으로 일어난다고 가정합니다. 처음 두 접촉면 사이의 간격은 2 m이며 충돌 뒤 1.6 s까지 관찰합니다. 0.65배 속도로 재생하고, 물체 크기는 표시용입니다. 위치 축의 화면 배율은 조건에 따라 달라지므로 속도는 숫자로 비교하세요. 그래프의 충돌 후 막대는 현재 조건으로 계산한 예측값입니다.

참고 자료

• OpenStax · 운동량 보존의 조건 ↗
• OpenStax · 탄성 충돌과 완전비탄성 충돌 ↗