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탄성과 비탄성충돌

등록일 : 2012-04-12
갱신일 : 2012-04-12


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탄성과 비탄성충돌
탄성과 비탄성충돌

◈ 이론
*탄성충돌 [彈性衝突, elastic collision]
두 물체가 충돌하는 과정에서 에너지 손실이 없는 충돌.
선운동량보존 또는 완전탄성충돌(perfectly elastic collision)이라고도 한다. 두 물체가 충돌한 후에도 운동에너지의 합이 변하지 않는 충돌을 말한다. 두 물체가 충돌하면 운동량의 합은 변하지 않지만 운동에너지의 합은 그 에너지 일부가 열에너지 등 내부에너지로 변환하기 때문에 감소한다. 그러나 표면이 매끄러운 단단한 공끼리의 충돌과 같은 이상적인 충돌의 경우에는 내부에너지로 변환되면서 이에 따른 에너지 손실 없이 운동에너지의 합이 보존되기도 한다. 충돌이 탄성인가 비탄성인가는 충돌하는 물체들의 재질과 관계가 있다. 강철이나 플라스틱 재질은 거의 탄성충돌이라고 할 수 있고, 찰흙·껌 등과 같은 것은 탄성충돌이 아니다. 가령 동일 직선상을 운동하는 두 구(球)가 정면 충돌했을 때. 질량 m1인 구가 속도를 v1에서 v1`로 바꾸고 질량 m2인 구가 속도를 v2에서 v2`로 바꾸었다고 하면 v1`-v2`=-e(v<1-v2)라는 식이 성립하는데, 여기서 e는 반발계수이며, e=1일 때 운동에너지의 합이 보존되므로, 이 경우의 충돌은 탄성충돌이다. e<1인 충돌은 비탄성충돌이라 하며, 특히 e=0인 충돌은 완전비탄성충돌이라 한다. 이때 완전탄성충돌을 일으키는 물체를 완전탄성체라고 한다.

*비탄성충돌 [非彈性衝突, inelastic collision]
운동에너지가 보존되지 않는 충돌.
당구공을 딱딱한 바닥에 떨어뜨리면 원래의 높이까지 튀어오르나 진흙덩어리를 떨어뜨렸을 때는 거의 튀어오르지 않는다. 이는 충돌 중에 운동에너지의 일부가 마찰력으로 인하여 열로 변환되거나 물체의 형상을 변환시키는 데 사용되었기 때문이다. 이는 충돌 전과 후의 운동에너지가 그대로 보존되지 않았음을 의미한다. 이런 경우를 비탄성충돌이라고 하며 대부분 충돌 후에 운동에너지가 감소한다. 그러나 탄성충돌이든 비탄성충돌이든…(생략)

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