파리와 버스가 부딪쳤을때… 버스속 사람의 움직임은?
버스랑 파리가 부딪쳤을때 파리가 반대방향으로 튕기기전, 즉 방향이 바뀌기전에 정지했다가 바뀌어야한다면 버스도 함께 정지해야하고 이는 버스 안에 있는 사람에게 영향을 미쳐야하는데 (관성) 그렇지 않는 이유가 뭔가요? 물리학1을 기반으로 설명해주세요
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.
모든 물체는 외부 힘이 작용하지 않는 한 일정한
속도를 유지하며 직선 운동을 합니다.
이는 버스와 파리 모두에게 적용됩니다.
버스가 움직이고 있을 때 파리가 버스 앞 유리에 부딪히면 파리는
버스의 속도와 같은 속도로 계속 이동하려는 관성을 가지게 됩니다.
용하지 않는 한 닫힌 시스템의 총 운동량은 항상 일
정합니다. 운동량은 물체의 질량과 속도의 곱으로 계산됩니다.
버스와 파리의 충돌은
닫힌 시스템으로 볼 수 있으며 충돌 전후 총 운동량은 변하지 않습니다.
충돌은 크게 탄성 충돌과 비탄성 충돌로 나눌
수 있습니다. 탄성 충돌은 충돌 후 두 물체의 운동 에너지가 충돌 전과 같게 유지되는
충돌입니다.
비탄성 충돌은 충돌 후 일부 운동 에너지가
다른 형태의 에너지로 변환되는 충돌입니다.
버스와 파리의 충돌은 비탄성 충돌에 가깝습니다.
충돌 후 파리는 버스의 속도에 영향을 거의 미치지 못하고 방향을 바꾸고 튕겨
나갑니다. 이는 파리의 질량이 버스에 비해 매우 작기 때문입니다.
버스의 질량이 훨씬 크므로 파리와의 충돌로 인해
속도 변화는 거의 일어나지 않습니다.
파리가 튕겨 나가는 이유는
운동량 보존 법칙과 충돌 후 에너지 변화 때문입니다.
충돌 전 파리는 앞으로 이동하는 운동량을 가지고
있습니다. 충돌 후 파리는 버스의 유리에 닿아 멈추게 됩니다.
이 과정에서 파리의 운동 에너지는 일부 열 에너지로 변환됩니다.
파리의 질량이 매우 작기 때문에 열 에너지 변화
는 크지 않습니다.
파리가 튕겨 나가는 방향은 충돌 전 파리의 운동
방향과 유리 표면의 법선에 대한 반사각에 의해 결정됩니다.
파리는 유리 표면에
충돌하면서 운동 방향이 반대로 바뀌고 튕겨 나갑니다.
버스의 질량이 훨씬 크므로 파리와의 충돌로 인
해 속도 변화는 거의 일어나지 않습니다.
버스 안 사람들은 충돌을 거의 느낄 수 없습니다.
파리가 충돌하는 위치에 따라 유리에 금이 가거나
파손될 수 있으며 이는 버스 안 사람들에게
영향을 미칠 수 있습니다.
위의 설명은 이상적인 상황을 가정한 것입니다.
실제로는 파
리의 크기 모양 속도 유리 표면의 특성 등 다양한
요인이 충돌 결과에 영향을 미칠 수 있습니다.
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