기세
운동량의 과학
운동량은 물체의 운동량으로 생각할 수 있습니다. 운동량은 물체의 질량(얼마나 움직이는가)과 속도(얼마나 빨리 움직이는가)에 의해 결정됩니다. 물리학에서 운동량은 "p"로 표시되므로 운동량을 결정하는 방정식은 p = mv(운동량은 질량에 속도를 곱한 값)입니다. 볼링공과 같은 무거운 물체는 킥볼과 같은 가벼운 물체와 같은 속도로 움직일 때 물리 법칙에 따라 더 큰 운동량을 갖게 됩니다.
이 STEM 랩에서는 운동량과 충돌에 미치는 영향을 이해해야 합니다. 나중에 스트라이크 챌린지라는 볼링 게임에서 경쟁하게 되기 때문입니다. 스피드봇이 공에 부딪혀 핀을 쓰러뜨리고 최고 점수를 획득하도록 프로그래밍하세요. 두 물체가 충돌하면 무슨 일이 일어나는지 생각해 보겠습니다. 그렇죠. 운동 에너지를 전달하죠. 하지만 충돌 전 두 물체의 운동량을 통해 충돌 후 두 물체가 어떻게 반응할지 예측할 수 있습니다. 이 아이디어에 대해서는 나중에 다시 다루겠습니다.
토론을 촉진하다
토론 중에 추진력에 대해 추론하는 것은 학생들이 추진력을 개념화하도록 돕는 좋은 방법입니다. 이 STEM 랩의 초점은 로봇이 공과 충돌할 때의 운동량에 맞춰질 것입니다.
다음 질문은 쓰여진 대로 미터법 단위나, 영국식 마일, 파운드, 피트/초 단위로 추론할 수 있습니다. 변환이 필요 없이 추론은 동일해야 합니다.
질문:다음 중 어느 것이 더 큰 운동량을 가지고 있습니까? 시속 8km로 구르는 구와 시속 10km로 구르는 같은 구 중 어느 것이 더 큰 운동량을 가지고 있습니까?
답변:시속 10km로 구르는 구가 더 빨리 움직이기 때문에 운동량이 더 큽니다.
질문:다음 중 어느 것이 더 큰 운동량을 가지고 있습니까? 시속 90km로 주행하는 평균 크기의 승용차와 시속 90km로 주행하는 버스?
답변:시속 90km로 주행하는 버스가 질량이 더 크기 때문에 운동량이 더 큽니다.
질문:다음 중 어느 쪽이 더 큰 관성을 가집니까? 언덕을 오르는 자전거와 언덕을 내려오는 자전거 중 어느 쪽이 더 큰 관성을 가집니까?
답변:언덕을 내려오는 자전거는 내리막 경사로와 페달링이 모두 자전거의 속도를 가속하기 때문에 더 큰 관성을 가집니다. 단, 브레이크 시스템이 함께 적용되는 경우는 예외입니다.
질문:분당 1미터로 움직이는 1000kg 트럭과 초당 1000미터로 움직이는 1kg 멜론 중 어느 쪽이 당신과 충돌하는 것을 더 선호하시겠습니까?
답변:트럭은 당신을 쓰러뜨릴 수 있지만, 당신에게 심각한 부상을 입힐 만큼 빠르지는 않지만, 초당 1000m로 움직이는 멜론은 당신을 죽일 수 있습니다. 이는 충돌 중에 물체에서 전달되는 에너지의 양에 따라 운동량의 양이 달라진다는 것을 보여줍니다. 물체의 질량만으로는 충돌 시 얼마나 많은 파괴적 에너지를 공급하는지를 판단하기에 충분하지 않습니다. 또한 얼마나 빨리 움직이는지도 고려해야 합니다.