모멘텀의 과학
운동량은 물체가 움직이는 양으로 생각할 수 있습니다. 운동량은 물체의 질량(얼마나 움직이는지)과 속도(얼마나 빨리 움직이는지)에 의해 결정됩니다. 물리학에서 운동량은 "p"로 표시되므로 운동량을 결정하는 방정식은 p = mv(운동량은 질량 곱하기 속도와 같습니다)입니다. 볼링공과 같은 무거운 물체는 킥볼과 같은 가벼운 물체와 같은 속도로 이동하며, 물리 법칙에 따라 더 큰 운동량을 갖게 됩니다.
이 STEM 연구실에서는 추진력과 그것이 충돌에 어떤 영향을 미치는지 이해해야 합니다. 나중에 스트라이크 챌린지라는 볼링 게임에 참가하게 되기 때문입니다. 핀을 쓰러뜨리고 가장 높은 점수를 얻기 위해 Speedbot이 공에 부딪히도록 프로그래밍하게 됩니다. 두 물체가 충돌하면 어떤 일이 일어나는지 생각해 봅시다. 그렇습니다. 운동 에너지를 전달합니다. 그러나 충돌 전 충돌한 두 물체 각각의 운동량을 통해 충돌 후 두 물체가 어떻게 반응할지 예측할 수 있습니다. 우리는 나중에 이 아이디어로 돌아올 것입니다.
토론에 동기를 부여
토론 내에서 추진력에 대해 추론하는 것은 학생들이 이를 개념화하려는 노력을 안내하는 좋은 방법입니다. 이 STEM 연구실의 초점은 로봇이 공과 충돌할 때의 운동량에 있습니다.
다음 질문은 쓰여진 미터법 단위나 영국식 마일, 파운드, 초당 피트로 추론할 수 있습니다. 변환이 필요 없이 추론이 동일해야 합니다.
Q: 시속 8km로 구르는 구체와 시속 10km로 구르는 구 중 어느 것이 더 큰 운동량을 가집니까?
A: 시속 10km로 구르는 구체는 더 빠르게 움직이기 때문에 더 많은 운동량을 갖습니다.
Q: 시속 90km로 주행하는 평균 크기의 자동차와 시속 90km로 주행하는 버스 중 어느 것이 더 탄력이 있습니까?
A: 시속 90km로 주행하는 버스는 질량이 더 크기 때문에 추진력도 더 큽니다.
Q: 자전거가 페달을 밟아 언덕을 올라가는 것과 같은 자전거가 페달을 밟아 언덕을 내려가는 것 중 어느 것이 더 큰 운동량을 가집니까?
A: 언덕 아래로 페달을 밟는 자전거는 브레이크 시스템을 적용하지 않는 한 언덕 아래로의 경사로와 페달링 모두 속도를 가속화하기 때문에 더 많은 추진력을 갖습니다.
Q: 분당 1미터로 움직이는 1000kg 트럭과 초당 1000미터로 움직이는 1kg 멜론 중 어느 것과 충돌하시겠습니까?
A: 트럭이 당신을 넘어뜨릴 수도 있지만 심각한 부상을 입힐 만큼 빠르게 움직이지는 않는 반면, 1000m/s의 속도로 움직이는 멜론은 당신을 죽일 수 있습니다. 이는 운동량의 양이 충돌 중에 물체에서 전달되는 에너지의 양과 관련이 있음을 강조합니다. 물체의 질량만으로는 충돌 시 공급되는 파괴 에너지의 양을 결정하는 데 충분하지 않습니다. 우리는 또한 그것이 얼마나 빨리 움직이는지도 고려해야 합니다.