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

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① 시뮬레이터·그림: 직접 만듦

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

④ 실시간 자료

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