비탄성충돌과 역학적 에너지 보존의 관계에 대한

질문 요약

비탄성충돌에서는 운동 에너지가 손실되는 것을 알고 있습니다. 그런데 역학적 에너지는 보존되어야 한다는데, 7단원에서는 비보존력이 없더라도 역학적 에너지가 보존되어야 하는 것일까요?

답변 요약

나무토막과 총알의 충돌 문제에서 충돌과정에서 나무토막과 총알이 작용하는 힘을 각각 표현해볼 수 있습니다. 나무토막은 충격력이 양의 일을 하고, 총알은 음의 일을 합니다. 이때, 총알에 작용하는 힘의 작용점 변위가 나무토막에 작용하는 힘의 작용점 변위보다 커야 나무토막에 박힐 수 있습니다. 이로 인해 충격력에 의한 일의 합은 0이 아니라 음의 일이 되어 에너지가 감소하게 됩니다.

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Unsplash 추천 이미지 (키워드 : Physics, collision, energy, loss, kinetic energy, conservation, 7th chapter, non-conservative force )

 

비탄성충돌과 역학적 에너지 보존의 관계에 대한

비탄성충돌에서는 운동 에너지가 손실되는 것을 알고 있습니다. 그런데 역학적 에너지는 보존되어야 한다는데, 7단원에서는 비보존력이 없더라도 역학적 에너지가 보존되어야 하는 것일까요?

비탄성충돌에서는 충돌하는 물체들이 완전히 탄성적인 충돌이 아닌 경우를 말합니다. 이 경우 충돌 과정에서 운동 에너지가 일부 손실되게 됩니다. 일반적으로 비탄성충돌에서는 충돌 과정에서 발생하는 열, 소음, 변형 등의 에너지 손실로 인해 운동 에너지가 감소하게 됩니다.

그러나 역학적 에너지는 보존되어야 합니다. 역학적 에너지는 운동 에너지와 위치 에너지의 합으로 정의되며, 시스템이 외부에 의해 받는 일이 없는 경우에는 보존됩니다. 이는 에너지 보존 법칙에 의한 결과입니다.

7단원에서 비탄성충돌에 대한 문제를 다룰 때, 비보존력이 없더라도 역학적 에너지는 보존되어야 한다는 말은, 충돌 과정에서 손실되는 운동 에너지는 다른 형태의 에너지로 변환되지만, 전체적으로는 에너지의 총량이 변하지 않는다는 의미입니다.

나무토막과 총알의 충돌 문제에서 충돌과정에서 나무토막과 총알이 작용하는 힘을 각각 표현해볼 수 있습니다. 나무토막은 충격력이 양의 일을 하고, 총알은 음의 일을 합니다. 이때, 총알에 작용하는 힘의 작용점 변위가 나무토막에 작용하는 힘의 작용점 변위보다 커야 나무토막에 박힐 수 있습니다. 이로 인해 충격력에 의한 일의 합은 0이 아니라 음의 일이 되어 에너지가 감소하게 됩니다.

따라서 비탄성충돌에서는 운동 에너지가 손실되지만, 역학적 에너지는 보존되어야 합니다. 충돌 과정에서 손실된 운동 에너지는 다른 형태의 에너지로 변환되거나 외부로 흡수되는 것이지만, 전체적으로는 에너지의 총량이 변하지 않습니다.

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