[물리학] 충격력에 대하여 알아보자

충격력 공식

충격량은 운동량의 변화량으로 구할 수 있다. 그리고 충격이 작용한 시간을 안다면 충격력을 구할 수 있다. 따라서 충격력은 아래와 같은 식으로 나타낼 수 있다.▼

위 식은 간단하지만 가지고 있는 의미는 대단히 크며, 일상생활에서도 적용이 되는 내용이다.

 

1. 같은 크기의 힘을 가할 때 작용하는 시간이 길면 운동량의 변화를 크게 받는다.

 

2. 물체에 같은 운동량의 변화를 줄 때 힘이 작용하는 시간이 짧을수록 힘은 커진다.

 

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충격량 그래프

▲일반적인 충격량 그래프다. 그래프에서 곡선과 시간축으로 둘러싸인 부분의 넓이는 그 시간 동안에 작용한 충격량의 크기다. 여기서 시간과 힘을 변화시킨 그래프를 그려서 다시 보자.

 

 

 

 

▲두 넓이는 같으므로 충격량은 같다. 하지만 하나는 시간이 길고 힘이 작은 반면, 다른 하나는 시간이 짧고 힘이 크다. 요약하면 물체의 운동량을 짧은 시간 동안에 변하게 할 땐 큰 힘이 필요하고, 긴 시간 동안에 변하게 하려면 작은 힘으로도 가능하다는 것이다.

 

이 내용을 적용시킨 실생활의 대표적인 사례는 바로 에어백이다. 에어백은 자동차가 충돌하면 사람의 머리나 상체를 보호하는 역할을 한다. 에어백을 쓴다고 한들 사람이 받는 충격량 자체는 변하지 않는다. 하지만 에어백은 충돌 시간을 길게 만든다. 길게 만드는 만큼 사람에게 전해지는 충격력이 줄어듬으로써 피해가 최소화된다. 

 

또 다른 예도 있다. 우리가 집에 와서 마음껏 침대로 몸을 투척할 수 있는 것도 침대의 푹신푹신함이 충돌시간을 길게 만들기 때문에 그만큼 충격력이 작아지기 때문이다. 돌침대에 몸을 투척한다면 충돌시간이 굉장히 짧기 때문에 많이 아플 것이다. 그 밖에 많은 예가 있으니 한 번 우리 일상생활에 어떤 것이 있을지 한 번쯤 고민해 보는 것도 좋을 듯싶다.

 

 

※ 함께 읽기 운동량과 충격량을 알아보자 ① 운동량과 충격량을 알아보자 ② - 운동량 보존의 법칙과 충돌 운동량과 충격량을 알아보자 ③ - 충돌과 반발 계수 뉴턴의 운동 제 1법칙 - 관성의 법칙