속력이 높을수록(빠를수록) 왜 오래 달려야 멈춰지나요?
자동차의 속력이 높을수록 즉, 빠를수록 오래 달려야 멈출 수 있다고 해요. 그런데 속력과 제동 거리가 비례하는 것도 아니던데, 속력이 높을수록(빠를수록) 왜 많은 거리를 가야만 운동하는 물체가 멈출 수 있게 되나요?
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
핵심은 운동에너지 때문입니다.
운동에너지의 증가 : 물체가 움직일때 가지고 있는 에너지를 운동 에너지라고 하는데요. 이 운동 에너지는 질량에 비례하고, 속도의 제곱에 비례합니다. 즉, 속도가 2배 빨라지면 운동 에너지는 4배가 되는 식입니다. 속도가 높을수록 제거해야 할 운동 에너지가 훨씬 많아지는 것입니다.
제동력과 한계 : 자동차의 브레이크가 물체를 멈추게 하는 힘, 즉 제동력은 어느 정도 일정하거나 한계가 있습니다. 이제동력은 자동차의 운동 에너지를 열 에너지 등으로 바꿔서 소멸 시키는 역할을 합니다.
일과 에너지 원리 : 물리학에서 일은 힘x이동거리로 계산되는데 이 일은 물체의 에너지 변화량과 같아요 자동차를 멈추는데 필요한 일은 자동차가 가지고 있던 운동 에너지를 모두 없애는 것과 같습니다.
따라서 속도가 2배가 되면 운동에너지는 4배가 되고 , 이 4배의 운동에너지를 소멸 시키기 위해서는 같은 제동력으로 4배 더 긴 거리를 이동해야만 완전히 멈출수있게 되는 것입니다. 속력과 제동 거리가 직접적으로 1:1로 비례하지 않고 속력이 높아질수록 제동 거리가 훨씬 급격하게 늘어나는 이유가 바로 여기에있습니다.
안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.
속력이 높을수록 오래 달려야 멈출 수 있다는 것은 맞는 말씀이지만 속력과 제동 거리가 비례하는 것은 아닙니다. 속력이 높을수록 더 많은 거리를 가야만 운동하는 물체가 멈출 수 있게 되는 이유는 운동 에너지와 관련이 있습니다.
속력이 높을수록 운동하는 물체는 더 많은 운동 에너지를 가지고 있습니다. 이 운동 에너지는 물체가 멈추기 위해 사용되는 에너지입니다. 따라서 속력이 높을수록 더 많은 운동 에너지를 소모하게 되고 이에 따라 더 많은 거리를 가야만 멈출 수 있게 됩니다.
그리고 속력이 높을수록 물체의 운동 에너지는 더 큰 관성력을 만들어냅니다. 이 관성력은 물체가 운동하는 방향을 유지하려는 성질을 가지고 있어서 물체가 멈추기 위해서는 이 관성력을 극복해야 합니다. 따라서 속력이 높을수록 더 많은 에너지를 소모하게 되고 이에 따라 더 많은 거리를 가야만 멈출 수 있게 됩니다. 이는 운동 에너지와 관성력의 성질에 기인한 것이며 속력과 제동 거리는 비례하지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 감사합니다.
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안녕하세요. 박준희 과학전문가입니다.
속력이 빠르다는건 속도늘 줄이는데 많은 힘이 필요한데요.
즉 같은 제동능력을 갖는 다는 조건에서 속력이 높은것을 멈추는데 더 많은힘이 드는데 이는 제동거리가 길어짐에 따르는건죠.
감사합니다.