뉴턴의 요람은 왜 친 공의 수만큼만 반대쪽 공이 튀어 나갈까?
Why does Newton's cradle send out as many balls as you drop?
뉴턴의 요람에서 공 하나를 들어 놓으면, 왜 반대쪽에서도 꼭 하나만 튀어 나갈까요?
무슨 일이 일어났나
뉴턴의 요람처럼 단단한 공끼리의 충돌은 탄성 충돌에 가깝게 볼 수 있습니다. 탄성 충돌에서는 운동량 합과 운동 에너지 합이 함께 그대로입니다(NASA — 운동량은 일정).
공 두 개가 1 m/s 씩 나가도 운동량은 2 kg·m/s 로 맞지만, 운동 에너지는 1 J 로 반이 됩니다. 반발 계수를 0 으로 두면 시뮬레이터에서 바로 이 모습(운동 에너지 합 1.00 J)이 보입니다.
같은 질량끼리 탄성 충돌하면 두 조건을 모두 지키는 답은 «속도를 맞바꾼다» 하나라서, 공 하나가 오면 공 하나가 나갑니다.
공 둘을 들어 놓으면 같은 까닭으로 반대쪽에서도 둘이 나갑니다. 운동량과 운동 에너지를 함께 맞추는 방법이 그것뿐이기 때문입니다.
💡 생활 속 예시
- 당구에서 흰 공으로 다른 공을 정면으로 맞히면, 흰 공이 그 자리에 딱 멈추는 «스톱 샷» 이 됩니다.
- 책상 위에 동전을 일렬로 붙여 놓고 끝에서 같은 동전 하나를 튕겨 맞히면, 반대쪽 끝 동전 하나가 미끄러져 나갑니다.
확인된 값
- 충돌 앞뒤 전체 운동량은 같다
- Σp = 일정 kg·m/s 출처
교육과정에서는
- 한국 2022 · 물리학 · 힘과 에너지 [12물리01-03]
- 호주 v9 · AC9S8U05
출처
이어서 보기
같은 단원 · 운동량과 충돌
- 개념튀어 오르는 정도 (반발 계수)
- 개념탄성 충돌과 비탄성 충돌
- 개념충격량과 충격력
- 개념운동량
- 개념운동량 보존
- 개념뿜어내며 나아가기 (로켓 추진)
- 왜? 질문로켓은 공기 없는 우주에서 어떻게 나아갈까?
- 왜? 질문공은 왜 푹신한 바닥보다 딱딱한 바닥에서 더 높이 튈까?
- 왜? 질문높은 곳에서 뛰어내릴 때 왜 무릎을 굽힐까?
- 왜? 질문배에서 뭍으로 뛰어내리면 왜 배가 뒤로 밀려날까?
- 왜? 질문야구 · 골프에서는 왜 공을 친 뒤에도 끝까지 휘두를까?
- 왜? 질문농구공 위에 테니스공을 얹어 떨어뜨리면 왜 테니스공이 높이 튈까?
- 왜? 질문같은 빠르기라도 트럭과 부딪히면 왜 더 위험할까?
- 작동 원리자전거 헬멧
- 작동 원리에어백
- 작동 원리물로켓
- 실험달걀 떨어뜨리기 실험 (충격 줄이기)
- 실험다트(DART) 소행성 충돌 실험 (2022)
- 실험폰으로 듣는 공 튀기기 (반발 계수)