학문
직선운동하는 공이 비스듬한 벽에 충돌할때 입사각=반사각?
직선운동하는 공이 벽에 비스듬하게 충돌하면 이론적으로 입사각과 반사각이 같다고 하는데(당구공 원리) 공이 벽과 충돌할때 공에 가해지는 반작용력의 방향은 공의 운동방향과 반대여야 될것인데요반작용력이 공에 작용하는데 어떻게 입사각과 반사각이 같다고 할 수가 있나요? 빛의 입사각과 반사각이 같다는 것과는 전혀 다른 원리같은데 꼭 설명할때 이걸 예로 들더라구요 .
공이 만약 질량만 존재하고 크기가 없는데 진행하면 벽과 진행방향이 이루는각도와 상관없이 어찌 되었건 공의 진행방향과 반대방향의 힘만 반작용력으로 작용하니까 그냥 같은 각도로 반사되어 나올것 같은데 아닐까요?
자세히 설명좀 해주세요
1개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
물체에 힘을 가할경우 물체가 찌그러지거나, 움직이게됩니다. 찌그러지는 상황은 배제하고 물체에 힘을 가하면 움직입니다.
정지한 물체에 대해 오른쪽으로 힘을주면 오른쪽으로 움직입니다. 이 때 오른쪽으로 3m/s로 움직이게끔 충격을 가한다고 생각하면 오른쪽 방향으로 3m/s로 움직입니다.
또한, 앞으로 3m/s로 움직이는 물체에 오른쪽방향으로 3m/s로 움직이게 힘을 주면, 정확하게 대각선으로 움직입니다. 왜냐하면 앞으로 3m/s움직이는 속력은 변화하지않고 오른쪽 방향으로 3m/s의 속력이 추가되기 때문이죠.
그리고 벽으로 3m/s로 정면으로 충돌할 경우(완전탄성충돌) 반대로 3m/s로 튀어나옵니다.
이를 고려하면, 비스듬한 경사로 v의 속도(빨간색선)로 움직이는 물체가있을 때 v의 속도를 비스듬한 경사와 나란한방향의 속도(노란색선)와 수직한 속도(주황색선)로 분해할 수 있습니다. 주황색 속도의 경우 벽면에 정면으로 충돌하는 경우로 충돌후에는 반대로 튀어나옵니다. 그리고 비스듬한 경사와 나란한 방향의 속도(노란색선)은 비스듬한 면과 충돌해도 그 속도 그대로 유지됩니다. 왜냐하면 힘을 받는 방향과 움직이는 방향이 수직하기 때문이죠. 즉, 충돌후 속도 v(보라색선)는 충돌전에 비해 방향이 꺽여있습니다. 이 때 입사각과 반사각이 같은 이유가 비스듬한 면과 수직한 성분의 속도의 방향만 변하고 크기가 같기 때문이죠.
