작은 도미노는 어떻게 자기보다 큰 도미노를 넘어뜨릴까?

How can a small domino topple a bigger one?

도미노는 앞의 것보다 조금씩 큰 것으로 세워도 끝까지 넘어갑니다. 작은 도미노가 어떻게 큰 도미노를 넘어뜨릴까요?

무슨 일이 일어났나

도미노를 넘어뜨리려면 무게 중심(무게가 모인 평균 위치)이 받침 모서리 너머로 갈 때까지만 기울이면 됩니다. 그 뒤에는 무게가 스스로 도미노를 돌려 눕힙니다.

시뮬레이터의 100 g 도미노(높이 10 cm · 두께 2 cm)는 11.3° 만 기울이면 넘어가고, 그때까지 무게 중심을 0.99 mm 들어 올리는 데 드는 에너지는 0.971 mJ 뿐입니다. 다 넘어지며 무게 중심이 4 cm 내려와 내놓는 에너지는 39.2 mJ 로 40 배쯤 큽니다.

EIA 는 높이에 저장되는 에너지를 중력 에너지라 부르고, NASA 는 위치 에너지가 운동 에너지로 바뀐다고 설명합니다. 넘어지는 도미노는 이 위치 에너지를 움직임으로 바꿔 다음 도미노를 칩니다.

그래서 앞 도미노가 내놓는 에너지가 뒤에 선 더 큰 도미노를 모서리 너머로 넘기는 데 드는 에너지보다 크면, 조금씩 커지는 줄도 끝까지 넘어갑니다. 이 쪽의 크기 · 무게는 예로 든 값이고, 실제로 몇 배 큰 것까지 되는지는 부딪는 방식에 따라 달라 숫자로 말하지 않습니다(단순 모형).

💡 생활 속 예시

  • 책꽂이에 세운 얇은 책 한 권이 살짝만 기울어도 옆 책들이 줄줄이 쓰러집니다.
  • 키 큰 빈 생수병은 살짝 건드려도 넘어지지만, 납작한 머그컵은 꽤 기울였다 놓아도 다시 섭니다.

확인된 값

중력 에너지는 물체의 높이에 저장된다 (EIA)
energy of height 출처
위치 에너지가 운동 에너지로 바뀐다 (NASA)
PE → KE 출처
무게중심 = 물체 무게의 평균 위치 (NASA)
average location of the weight 출처
자유롭게 돌 수 있으면 물체는 무게중심을 축으로 돈다 (NASA)
rotation about cg 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 과학(중학교) · 운동과 에너지

출처

이어서 보기

같은 단원 · 일과 에너지

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③ 교육과정

2022 개정 과학과 교육과정과 영국·호주·일본 교육과정에서 그 내용이 어디에 나오는지 함께 적습니다.

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