충돌과 운동량 시뮬레이터

충돌 시뮬레이터 사용법

1. 수레마다 질량과 속도를 정합니다. 속도는 오른쪽이 양수입니다. 수레는 에어 트랙 위를 마찰 없이 미끄러지다 충돌하고, 끝의 멈춤 장치까지 간 뒤 다시 시작합니다.
2. 반발 계수를 수레가 튕겨 나가는 완전 탄성 충돌인 1부터 붙어 버리는 0까지 정합니다. 그래프를 보면 전체 운동량은 매번 충돌 전후가 같지만, 운동 에너지는 e가 1일 때만 유지됩니다.
3. 막대그래프는 수레마다 충돌 전후의 운동량과 운동 에너지를 비교하고, 식 부분에서는 여러분의 숫자로 충돌 후 속도를 계산합니다. 노란 표시는 질량 중심이며, 충돌하는 동안에도 같은 속력으로 계속 움직입니다.

자주 묻는 질문

충돌에서 운동량은 항상 보존되나요?

네, 충돌하는 동안 외력이 작용하지 않는 한 보존됩니다. 두 수레는 같은 시간 동안 크기가 같고 방향이 반대인 힘으로 서로 밀기 때문에, 한쪽이 얻은 운동량은 다른 쪽이 잃습니다: m₁v₁ + m₂v₂ = m₁v₁′ + m₂v₂′. 마찰이나 벽은 외력을 더하므로 실험에서는 에어 트랙을 씁니다.

탄성 충돌과 비탄성 충돌은 어떻게 다른가요?

탄성 충돌에서는 운동 에너지도 보존되므로 수레가 다가올 때만큼 빠르게 떨어집니다. 당구공이 이에 가깝습니다. 비탄성 충돌에서는 운동 에너지의 일부가 열, 소리, 변형으로 바뀝니다. 완전 비탄성 충돌에서는 물체가 붙어서 질량 중심 속도로 함께 움직이고, 운동량 보존이 허락하는 만큼 가장 많은 운동 에너지를 잃습니다.

같은 질량 둘이 탄성 충돌하면 어떻게 되나요?

속도를 서로 바꿉니다. 움직이던 수레가 멈춰 있는 같은 수레를 치면 그 자리에 멈추고, 다른 수레가 그 속력으로 나갑니다. 뉴턴의 요람이 보여 주는 그대로입니다. 가벼운 수레가 무거운 수레에 튕기면 거의 같은 속력으로 돌아오고, 무거운 수레는 거의 움직이지 않습니다.

반발 계수란 무엇인가요?

떨어지는 속력과 다가오는 속력의 비로, e = (v₂′ − v₁′) ÷ (v₁ − v₂)입니다. 0 (붙음)부터 1 (완전 탄성)까지입니다. 코트 위의 농구공은 약 0.8, 테니스공은 약 0.75, 찰흙 덩어리는 거의 0입니다. 질량 중심 좌표계에서 유지되는 운동 에너지의 비율은 e²입니다.

WebGL이 꺼져 있다고 나옵니다.

3D 화면에는 WebGL이 필요하며, 최신 브라우저는 모두 지원합니다. 브라우저 설정에서 하드웨어 가속이 꺼져 있거나 그래픽 드라이버가 매우 오래되면 비활성화될 수 있습니다. 하드웨어 가속을 켜거나 다른 브라우저를 사용해 보세요.

무언가 업로드되나요?

아니요. 시뮬레이션은 사용자의 브라우저가 WebGL로 직접 그립니다. 어디에도 전송되지 않으며, 페이지를 한 번 불러오면 오프라인에서도 계속 작동합니다.