고무탄환

고무 탄환

 

똑같은 크기와 속도, 질량을 가진 고무 탄환과 알루미늄 탄환이 있다. 두 탄환을 세워둔 통나무에 쏘았을 때,  

 

Q1) 어떤 총알이 통나무를 쓰러뜨릴 확률이 가장 클까?

   a) 고무 탄환  b) 알루미늄 탄환    c) 둘 다 같다

Q2) 어느 총알이 나무에 가장 손상을 많이 입힐까?

    a) 고무 탄환   b) 알루미늄 탄환   c) 둘 다 같다.

 

 

 

해 답 : 고무 탄환 

 첫 번째 문제의 정답은 a), 두 번째는 b)다.

 

두 가지 경우 다 나무에 부딪칠 때 똑같은 운동량이 충격을 준다. 그러나 각각의 충격량은 다른데 그것은 고무 총알이 되튀는 반면 알루미늄 총알은 나무를 뚫고 들어가기 때문이다. 알루미늄 총알의 운동량은 모두 나무로 전이돼 총알이 정지하는 데 필요한 충격량을 만들게 된다. 그러나 고무 총알의 경우 충격량은 훨씬 크다.

 

이 때 나무는 총알이 정지하는데 필요한 충격량만 제공하는 게 아니라 "총알을 다시 뒤로 보내는" 충격량도 부가로 주게 된다. 이것은 되튈 때의 탄력성에 좌우되는 것으로 고무 탄환의 충돌에 대해 충력량이 2배로 올라가게 되며 따라서 통나무에 전해지는 운동량도 2배가 된다. 그러므로 고무 총알이 표적을 쓰러뜨릴 확률이 더 크다. 물체를 쏘아 쓰러뜨리는 데 고무 총알이 더욱 효과적이라고 주장하면 믿지 않는 사람도 있을 것이다. 하지만 그것이 사실이다!

 

이제 두 번째 문제를 보자. 고무 총알이 표적에 가장 많은 운동량을 주지만, 가장 많은 에너지는 아니다. 총알이 속도를 거의 잃지 않고 튕겨 나온다는 것은 운동에너지를 그대로 유지하고 있다는 뜻이다.  반면, 알루미늄 총알은 정지하므로 모든 운동에너지를 뺏기는 것이다. 이때 뺏긴 에너지는 통나무가 갖게 된다. 이 때 주목해야 할 가장 중요한 것은 알루미늄 총알에서 뺏은 에너지에는 그에 해당하는 운동량이 없다는 점이다. 운동량 없는 에너지는 운동에너지가 될 수 없다.

 

그것은 분명 다른 종류의 에너지로 나타난다. 열이 발생이나 변형 또는 손상이 그것이다. 그러므로 고무 총알은 표적에 많은 양의 운동량을 전달하지만 에너지는 적게 주고 반대로 알루미늄 총알은 작은 운동량 대신 많은 에너지를 준다는 것을 알 수 있다.