도로교통사고감정사 차량운동학 운동량 보존의 법칙

도로교통사고감정사 차량운동학 운동량 보존의 법칙

 

도로교통사고감정사 차량운동학 - 운동량 보존의 법칙
 

운동량

운동량이란 운동 물체가 지닌 힘(F=ma)과 대비하여 물체의 운동 정도를 나타내는 양으로 방향성을 내포한 벡터(vector)량이다. 운동량의 정의는 질량×속도이며, 질량은 스칼라량이고 속도는 벡터량이므로 운동량의 방향은 물체의 속도 방향이 된다. 우리가 운동량이라고 표현하는 것은 엄밀하게 말해 직선운동을 하는 선형운동량을 의미한다. 만일 원운동과 자전하고 있는 지구와 같은 물체는 선형운동량이 아닌 각 운동량으로 표현된다.

운동량은 질량을 가진 두 물체가 충돌 등에 의해 상호작용을 할 때 물체의 운동에 관한 매우 중요한 정보를 제공한다. 다시 말해서 두 물체가 충돌할 경우 물체의 질량과 충돌 전후 속도를 알면 두 물체 충돌시 충격량 또는 충격시간을 알아낼 수 있다. 운동량의 개념을 사용할 때 가장 큰 효용성은 운동량 보존에 관한 법칙이 성립하는데 있다. 두 물체가 충돌을 할 때 충돌 전후의 운동량의 합이 보존된다는 운동량 보존법칙은 교통사고 재현에 있어서 비슷한 무게의 차량끼리 충돌할 경우 유용한 속도 분석 근거 자료이다.

 

운동량 보존법칙

쇠구슬과 같은 탄성을 가진 된 두 물체의 충돌 경우는 충돌전 후 물체의 변형이 없다. 만일 충돌 후 전혀 변형이 발생하지 않는다면 두 물체는 탄성충돌을 하였다고 하며, 이 경우 물리학자들이 충돌전후의 물체의 운동량 합이 완전하게 보존됨을 실험과 이론으로 밝혀냈다. 우리 주변에서 쉽게 이런 현상을 볼 수 있는 것이 당구장과 볼링장에서이다. 당구게임을 할 수 있는 근본적인 원리가 충돌전 후 두 당구공의 운동량이 보존되기 때문이다. 소성물체의 경우도 충돌전 후에 운동량의 합은 보존된다. 예로 투수가 공중에 매달려 있는 진흙덩어리에 공을 던져 진흙 가운데로 정확하게 맞춰 떨어뜨린다면 진흙과 공은 함께 날아갈 것이다. 공은 충돌 전에 운동하고 진흙은 충돌 전 정지상태이지만 충돌 후에는 두 물체가 한 덩어리가 되어 날아가는데, 충돌 후 공은 속도를 일정부분 잃게 되고, 진흙은 속도를 얻게 된다. 즉, 충돌전후의 공과 진흙의 운동량 합은 변함이 없다.

이와 같이 두 물체의 충돌에서 충돌전후의 물체의 운동량 합은 일정(보존)하다는 것이 운동량 보존법칙의 주요 내용이다.

 

운동량 보존법칙 : 충돌 전 각 물체의 운동량 합 = 충돌 후 각 물체의 운동량 합