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달걀로 이해하는 충격량과 운동량

청랑학습코칭 통합과학 실전 솔루션

[문항 1] 충격량과 운동량의 법칙

[문항 1] 질량이 같은 두 달걀 A, B를 같은 높이에서 떨어뜨렸더니, A는 단단한 시멘트 바닥에 떨어져 깨졌고, B는 푹신한 방석 위에 떨어져 깨지지 않았다. 두 달걀이 바닥에 닿는 순간부터 완전히 정지할 때까지의 과정에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 공기 저항은 무시한다.)

<보 기>
ㄱ. 달걀이 바닥으로부터 받은 충격량의 크기는 A와 B가 같다.
ㄴ. 달걀의 운동량 변화량의 크기는 A가 B보다 크다.
ㄷ. 달걀이 바닥과 충돌하는 시간은 A가 B보다 짧다.
ㄹ. 달걀이 받는 평균 힘(충격력)의 크기는 A가 B보다 작다.
① ㄱ, ㄴ
② ㄱ, ㄷ
③ ㄴ, ㄹ
④ ㄱ, ㄷ, ㄹ
⑤ ㄴ, ㄷ, ㄹ
정답: ② ㄱ, ㄷ

두 달걀 A와 B는 같은 높이에서 떨어졌으므로 바닥에 도달하기 직전의 속력이 같습니다. 또한 두 달걀의 질량이 같으므로 바닥에 닿기 직전의 ‘처음 운동량’은 서로 동일합니다. 두 달걀 모두 바닥에 닿은 후 완전히 정지하였으므로 ‘나중 운동량’은 0으로 같습니다.

[보기별 상세 분석 및 오답 피하기]
  • ㄱ. (O) 충격량은 운동량의 변화량($\Delta p = m \Delta v$)과 같습니다. 두 달걀의 처음 운동량과 나중 운동량이 동일하므로, 운동량의 변화량이 같고 따라서 충격량의 크기도 서로 같습니다.
  • ㄴ. (X) ㄱ에서 살펴본 바와 같이 두 달걀의 처음 운동량과 나중 운동량이 모두 같으므로 운동량 변화량의 크기는 A와 B가 같습니다.
  • ㄷ. (O) 단단한 시멘트 바닥에 충돌한 A는 충돌 과정에서의 변형이 적어 푹신한 방석에 떨어진 B에 비해 충돌 시간이 훨씬 짧습니다.
  • ㄹ. (X) 충격량 공식은 $I = F \times \Delta t$입니다. 충격량($I$)이 같을 때 충돌 시간($\Delta t$)이 짧을수록 물체가 받는 평균 힘(충격력 $F$)은 커집니다. 따라서 충돌 시간이 짧은 A가 B보다 훨씬 큰 충격력을 받아 깨지게 됩니다.
청랑학습코칭 통합사고력 노트

자동차의 범퍼 및 에어백, 체조 선수의 착지 매트, 번지점프 줄은 모두 충격량($I$)이 일정한 물리적 상황에서 충돌 시간($\Delta t$)을 늘려 신체가 받는 평균 충격력($F$)을 줄여주는 동일한 메커니즘을 응용한 안전장치입니다. 단순 암기가 아닌 공식을 현상에 대입하는 원리 중심의 사고가 고득점의 핵심입니다.

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본 교육 칼럼은 에듀테크 기반 맞춤형 학습 솔루션을 제시하는 청랑학습코칭(jadewolves.com)과 지식 콘텐츠 출판 플랫폼 청랑북스(jwsbooks.com)의 교육 연구 콘텐츠입니다. 아이들의 고유한 인지 성향을 진단하고 체계적인 학습 습관을 설계하여 지적 잠재력을 실현합니다.

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