뿌리학습 · 고1 과학탐구 · 시스템과 상호작용

충격량과 운동량은 어떤 관계인가요?

물체가 받은 충격량은 그 물체의 운동량 변화와 같습니다. 운동량은 질량과 속도를 곱한 값이고, 충격량은 물체에 작용한 힘과 그 힘이 작용한 시간을 곱한 값입니다. 그래서 운동량 변화가 정해져 있을 때 힘이 작용하는 시간을 늘리면 물체가 받는 평균 힘이 줄어듭니다.

운동량과 충격량
물리량	정의	단위
운동량	질량 × 속도	kg·m/s
충격량	힘 × 작용 시간	N·s
둘의 관계	충격량 = 운동량의 변화	N·s = kg·m/s

운동량과 충격량은 각각 무엇인가요?

운동량은 질량과 속도를 곱한 값이고, 충격량은 힘과 그 힘이 작용한 시간을 곱한 값입니다. 같은 속도라도 무거운 물체가, 같은 질량이라도 빠른 물체가 운동량이 큽니다. 운동량은 속도처럼 방향이 있는 양이어서, 방향이 없는 운동 에너지와는 다른 물리량입니다. 충격량은 「충격」이라는 말 때문에 힘의 크기로만 생각하기 쉽지만 시간이 함께 들어갑니다. 짧은 시간 동안 큰 힘이 작용해도, 긴 시간 동안 작은 힘이 작용해도 충격량은 같을 수 있습니다.

에어백은 어떻게 사람을 보호하나요?

에어백은 충격량을 줄이는 것이 아니라 멈추는 데 걸리는 시간을 늘려 사람이 받는 평균 힘을 줄입니다. 달리던 차가 부딪쳐 멈추면 사람의 운동량은 처음 값에서 0으로 바뀌므로 운동량 변화, 곧 충격량은 정해져 있습니다. 바꿀 수 있는 것은 힘과 시간의 조합입니다. 딱딱한 핸들에 부딪치면 아주 짧은 시간에 멈춰 큰 힘을 받지만, 에어백에 부딪치면 천천히 멈춰 시간이 길어지고 힘이 작아집니다.

생활에서는 이 관계를 어떻게 이용하나요?

힘을 줄이고 싶을 때는 충돌 시간을 늘리고, 큰 힘이 필요할 때는 충돌 시간을 줄입니다. 자동차 앞부분이 찌그러지게 만드는 것, 체조 선수가 착지하며 무릎을 굽히는 것, 포수가 공을 받으며 손을 뒤로 빼는 것은 모두 시간을 늘려 힘을 줄이는 방법입니다. 반대로 못을 박을 때 딱딱한 망치를 쓰는 것은 같은 운동량 변화를 짧은 시간에 일으켜 큰 힘을 얻는 방법입니다. 골프나 야구에서 공을 끝까지 밀어 치면 힘이 작용하는 시간이 길어져 공의 운동량 변화가 커집니다.

이 단원 시험에서 묻는 것

학교 시험은 교육과정 성취기준을 바탕으로 출제됩니다. 이 단원의 성취기준은 다음을 할 수 있는지 확인하도록 정하고 있습니다.

[10통과1-03-04]상호작용이 없을 때 물체가 가속되지 않음을 알고, 충격량과 운동량의 관계를 충돌 관련 안전장치와 스포츠에 적용할 수 있다.

자주 하는 착각

착각 · 에어백은 충격량을 줄여 준다.

왜 헷갈릴까 · 충격을 줄인다고 배우기 때문입니다.

바른 설명 · 같은 충돌에서 운동량 변화가 정해져 있으므로 충격량은 같습니다. 에어백은 시간을 늘려 평균 힘을 줄입니다.

착각 · 충격량은 힘의 크기만으로 정해진다.

왜 헷갈릴까 · 충격이 세다는 표현 때문입니다.

바른 설명 · 충격량은 힘과 작용 시간을 곱한 값입니다. 작은 힘이라도 오래 작용하면 충격량이 커질 수 있습니다.

착각 · 운동량과 운동 에너지는 같은 물리량이다.

왜 헷갈릴까 · 둘 다 질량과 속도로 정해지기 때문입니다.

바른 설명 · 운동량은 질량×속도로 방향이 있고, 운동 에너지는 방향이 없는 양입니다. 서로 다른 물리량입니다.

스스로 확인

질량 2kg인 공이 5m/s로 날아오다 멈췄습니다. 공이 받은 충격량의 크기는 얼마일까요?정답 보기

10N·s입니다.

운동량이 2×5=10kg·m/s에서 0으로 바뀌었으므로 운동량 변화의 크기, 곧 충격량의 크기는 10N·s입니다.

위 공을 0.1초 만에 멈출 때와 0.5초 만에 멈출 때 중 손이 받는 평균 힘은 어느 쪽이 작을까요?정답 보기

0.5초 만에 멈출 때입니다.

충격량 10N·s는 같으므로 평균 힘은 0.1초일 때 100N, 0.5초일 때 20N으로 시간이 길수록 작습니다.

이 단원, 내가 꺼낼 수 있는지 확인해 볼까요?

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