#51 충격량을 이용한 운동량 변화

문제 1 · OX 문제

테니스 라켓을 끝까지 휘두르면 공에 힘이 작용하는 시간이 길어져 공의 속력이 더 빨라진다. ( )

정답: O

라켓을 치자마자 딱 멈추는 것과 끝까지 쭉 휘두르는 것, 어느 쪽이 공을 더 멀리 보낼까요? 당연히 끝까지 밀어주는 쪽이죠! 힘의 크기가 같아도 공과 라켓이 접촉하는 시간이 길어지면, 충격량(F×t)이 더 커지고 결과적으로 공의 운동량이 크게 변해 속력이 훨씬 빨라진답니다!

문제 2 · OX 문제

소총의 총신이 권총보다 긴 이유는 총알에 작용하는 힘의 크기를 키우기 위해서이다. ( )

정답: X

총신이 길어진다고 해서 화약이 뿜어내는 힘 자체가 세지는 것은 아니에요! 총신이 길수록 총알이 총신 안에서 힘을 받으며 가속되는 '시간'이 길어지는 것이 핵심이랍니다. 그 긴 시간 동안 충격량을 듬뿍 받은 총알이 총구를 나올 때 훨씬 빠른 속력을 갖게 되는 거예요!

문제 3 · OX 문제

대포의 포신이 길수록 포탄이 힘을 받는 시간이 길어져 더 멀리 날릴 수 있다. ( )

정답: O

대포도 총신의 원리와 완전히 똑같아요! 포신이 길면 포탄이 내부에서 밀려나오는 동안 힘을 받는 시간이 쭉 늘어나죠. 그 시간 동안 충격량이 뻥튀기되어 포탄이 받는 운동량 변화가 엄청나게 커진답니다. 그래서 더 강력한 대포일수록 포신의 길이가 어마어마하게 긴 거예요!

문제 4 · OX 문제

야구공을 칠 때 더 큰 힘으로 칠수록 공이 받는 충격량이 커져 더 멀리 날아간다. ( )

정답: O

충격량 공식 I=F×t에서 힘(F)이 커지면 충격량도 비례해서 커지죠! 같은 시간 동안 방망이를 휘두르더라도 더 강하게 때릴수록 공이 받는 충격량이 크게 늘어나고, 그만큼 공의 운동량이 크게 변해 쭉쭉 멀리 날아간답니다. 홈런 타자들이 근력 훈련을 빡세게 하는 이유가 바로 이것이에요!

문제 5 · 빈칸 채우기

테니스공을 빠르게 보내려면 공의 운동량을 크게 변화시켜야 하므로, 공에 큰 ( )을/를 가해야 한다. (3글자)

정답: 충격량

공을 더 빠르게 날려 보내고 싶다면, 공의 운동 상태를 더 크게 바꿔야겠죠? 운동량의 변화량은 받은 충격량과 같기 때문에, 결국 공을 강하게·오래 밀어줄수록 이것이 커져서 공이 로켓처럼 쌩 날아가게 된답니다!

문제 6 · 빈칸 채우기

테니스 라켓을 끝까지 휘두르면 힘이 작용하는 ( )이/가 길어져 공의 속력이 더 빨라진다. (2글자)

정답: 시간

라켓을 치다가 딱 멈추면 접촉이 끊기고, 끝까지 쭉 뻗으면 접촉이 유지되죠? 그 차이가 바로 힘이 공에 영향을 미치는 이것의 길이예요! I=F×t에서 F가 같아도 이것이 늘어나면 충격량이 커지고, 공의 속력도 따라서 빨라진답니다.

문제 7 · 빈칸 채우기

권총보다 소총의 총신이 긴 까닭은, 총신이 길수록 총알에 힘을 작용하는 시간이 길어져 총알이 받는 ( )이/가 커지기 때문이다. (3글자)

정답: 충격량

총신이라는 긴 통로를 지나는 동안 총알은 화약 가스의 힘을 계속 받으며 가속된답니다! 이 통로가 길수록 힘을 받는 시간이 늘어나고, 그 시간의 길이만큼 총알이 쌓아가는 이것이 커져서 총구를 나올 때 훨씬 빠른 속력을 갖게 되는 거예요.

문제 8 · 빈칸 채우기

대포의 포신이 길수록 포탄이 힘을 받는 시간이 길어져 포탄의 ( )이/가 더 크게 변화한다. (3글자)

정답: 운동량

포신 안에서 밀려나오는 포탄은 힘을 받는 시간이 길어질수록 충격량을 듬뿍 쌓아가게 되죠. 그리고 충격량만큼 이것이 변하기 때문에, 결국 포탄이 포신을 빠져나올 때 어마어마한 속력을 갖게 된답니다! 충격량과 이것의 변화량이 같다는 원리가 핵심이에요.

문제 9 · 단답형

테니스 라켓과 공이 접촉하는 시간이 0.01초에서 0.02초로 2배가 되었을 때, 같은 힘(50N)을 가한다면 공이 받는 충격량은 몇 배가 되는가? (숫자)

정답: 2

충격량 공식 I=F×t를 보면 답이 명확해요! 처음 충격량은 50×0.01=0.5N·s이고, 나중 충격량은 50×0.02=1N·s이죠. 나중을 처음으로 나누면 1÷0.5=2이므로 정확히 2배가 된답니다! 힘이 같을 때는 시간이 2배가 되면 충격량도 2배가 되는 비례 관계가 성립하죠.

문제 10 · 단답형

권총의 총신 길이가 10cm이고 소총의 총신 길이가 50cm일 때, 총신 길이가 몇 배 차이가 나는가? (숫자)

정답: 5

길이 비교는 간단해요! 50cm÷10cm=5이므로 정확히 5입니다. 이것이 의미하는 바는, 소총의 총알이 권총의 총알보다 5배 더 오래 총신 안에서 힘을 받으며 가속된다는 뜻이에요! 그래서 소총의 총알이 훨씬 더 빠른 속력을 갖게 되는 거죠.

문제 11 · 단답형

같은 포신 길이에서 더 강한 화약을 사용하면 포탄이 받는 힘의 크기가 F에서 2F로 2배가 된다. 이때 포탄이 받는 충격량은 몇 배가 되는가? (숫자)

정답: 2

힘이 2배가 되고 시간(포신 길이)은 같으니, 충격량 I=F×t에서 새로운 충격량은 2F×t가 되죠! 이를 원래 충격량 F×t로 나누면 (2F×t)÷(F×t)=2가 된답니다. 힘이 2배가 되면 충격량도 2배가 되는 비례 관계가 성립하는 거예요!

문제 12 · 단답형

야구 타자가 처음에는 100N의 힘으로 0.01초 동안 공을 쳤다. 근력 훈련 후 150N의 힘으로 0.02초 동안 공을 칠 수 있게 되었다. 훈련 후 받는 충격량은 훈련 전의 몇 배인가? (숫자)

정답: 3

훈련 전: 100×0.01=1N·s, 훈련 후: 150×0.02=3N·s예요. 3÷1=3이므로 훈련 후 충격량은 훈련 전의 3배가 된답니다! 이것은 힘과 시간이 동시에 증가했기 때문이에요. 힘이 1.5배, 시간이 2배가 되었으니 1.5×2=3배가 되는 것이 맞죠. 이렇게 공이 받는 충격량이 3배가 커지니 공의 운동량 변화도 3배 커져서 훨씬 먼 거리까지 날아간답니다!

문제 13 · 보기 선택

충격량을 이용한 운동량 변화에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 힘이 작용하는 시간이 길어질수록 충격량은 커진다.
• ㄴ. 같은 힘이라도 시간이 2배가 되면 충격량은 2배가 된다.
• ㄷ. 라켓을 끝까지 휘두르는 것은 공에 작용하는 힘의 크기를 키우기 위해서이다.
• ㄹ. 총신이 긴 소총의 총알이 권총의 총알보다 빠른 이유는 소총의 화약이 더 강하기 때문이다.

정답: ㄱ, ㄴ

ㄱ과 ㄴ은 충격량 공식 I=F×t에서 직접 나오는 참인 설명이에요! 시간이 늘어나면 충격량도 비례해서 커지고, 시간이 2배가 되면 충격량도 2배가 되는 것이 당연하죠. 하지만 ㄷ은 틀렸어요. 라켓을 끝까지 휘두르는 건 힘의 크기가 아니라 '힘이 작용하는 시간'을 늘리기 위해서예요. ㄹ도 틀렸는데, 소총이 권총보다 빠른 이유는 화약의 세기가 아니라 총신의 길이(시간)가 길어서 충격량이 크기 때문이랍니다!

문제 14 · 보기 선택

실제 스포츠와 무기에서 충격량을 최대화하는 방법에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 테니스에서 라켓을 끝까지 휘두르는 것은 힘이 작용하는 시간을 늘려 충격량을 키우는 방법이다.
• ㄴ. 야구에서 더 큰 힘으로 공을 칠수록 공이 받는 충격량이 커진다.
• ㄷ. 소총의 총신이 긴 이유는 화약의 힘을 더 오래 받게 해서 충격량을 키우기 위해서이다.
• ㄹ. 대포의 포신이 길수록 포탄의 무게를 더 잘 견디기 위해서이다.

정답: ㄱ, ㄴ, ㄷ

ㄱ, ㄴ, ㄷ은 모두 충격량 I=F×t의 원리를 실제로 적용한 사례들이에요! 라켓의 팔로스루, 세게 때리기, 긴 총신 모두 결국 'F를 크게' 또는 '시간을 길게' 해서 충격량을 최대화하는 방법이죠. 하지만 ㄹ은 틀렸어요. 포신의 길이는 포탄의 무게를 견디기 위해서가 아니라, 포탄이 받는 '시간'을 늘려 충격량을 키우기 위한 것이랍니다!

문제 15 · 보기 선택

라켓과 공의 접촉 시간, 그리고 충격량에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 라켓을 빠르게 휘두르는 것만으로도 공과의 접촉 시간이 길어진다.
• ㄴ. 라켓을 완전히 쭉 펴며 끝까지 휘두르면 공과의 접촉 시간이 더 길어진다.
• ㄷ. 접촉 시간이 길어질수록 공이 받는 충격량은 커진다.
• ㄹ. 라켓을 끝까지 휘두르지 않으면 충격량이 작아져 공의 속력이 느려진다.

정답: ㄴ, ㄷ, ㄹ

ㄱ은 틀렸어요. 라켓의 속력과 관계없이 공과의 접촉 시간은 라켓의 움직임(멈추는 시점)에 의해 결정됩니다! ㄴ, ㄷ, ㄹ은 모두 정확해요. 라켓을 완전히 끝까지 휘두르면 공과의 접촉 시간이 길어지고, 그 긴 시간 동안 힘을 받으면 충격량이 커져서 공의 속력(운동량의 변화)이 더 커진다는 원리가 완벽하게 설명되어 있답니다!

문제 16 · 보기 선택

충격량 공식 I=F×t를 이용하여 실제 상황을 분석한 것으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 같은 공을 칠 때 힘이 100N에서 200N으로 2배가 되면 충격량도 2배가 된다.
• ㄴ. 같은 힘으로 칠 때 접촉 시간이 0.01초에서 0.02초로 2배가 되면 충격량도 2배가 된다.
• ㄷ. 힘이 150N, 시간이 0.02초일 때 충격량은 3N·s이다.
• ㄹ. 힘이 3배가 되고 시간이 1/3로 줄어들면 충격량은 변하지 않는다.

정답: ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ

모든 보기가 정확해요! ㄱ과 ㄴ은 충격량의 비례 관계를 설명하고, ㄷ은 150×0.02=3이므로 정확한 계산이에요. ㄹ은 아주 흥미로운 성질인데, 힘이 3배가 되고 시간이 1/3로 줄어들면 3F×(t/3)=F×t가 되어 충격량이 변하지 않는다는 뜻이랍니다! 다양한 조합으로도 같은 충격량을 만들 수 있다는 것을 보여주는 좋은 예시죠.

문제 17 · 객관식

테니스 라켓으로 공을 칠 때, 라켓을 끝까지 휘두르는 것이 공의 속력을 더 빠르게 하는 가장 직접적인 이유는?

• ① 라켓의 이동 속도가 빨라져서 공에 더 큰 충격을 준다.
• ② 라켓의 재질이 단단해져서 공을 더 효율적으로 칠 수 있다.
• ③ 공과의 접촉 시간이 길어져서 충격량이 커진다.
• ④ 라켓의 면적이 커져서 공에 가하는 힘의 범위가 넓어진다.
• ⑤ 공의 무게가 줄어들어서 같은 충격량으로도 더 빠르게 날 수 있다.

정답: ③

3번이 정답입니다! 라켓을 끝까지 휘두르는 동작이 중요한 이유는 라켓의 속도가 아니라, 공과 라켓이 '접촉하는 시간'이 길어지기 때문이에요. 충격량 I=F×t에서 접촉 시간이 늘어나면 충격량이 커지고, 그 큰 충격량만큼 공의 운동량이 크게 변해서 속력이 빨라진답니다!

문제 18 · 객관식

소총의 총신이 권총의 총신보다 훨씬 긴 이유를 가장 정확하게 설명한 것은?

• ① 총신이 길수록 더 정확하게 조준할 수 있기 때문이다.
• ② 총신이 길수록 화약의 폭발력이 더 강해지기 때문이다.
• ③ 총신이 길수록 총알의 무게를 더 잘 지탱할 수 있기 때문이다.
• ④ 총신이 길수록 총알이 힘을 받는 시간이 길어져 충격량이 커지기 때문이다.
• ⑤ 총신이 길수록 총알이 더 먼 거리를 날아갈 수 있는 충분한 공간을 제공하기 때문이다.

정답: ④

4번이 정답이에요! 소총의 총신이 긴 이유는 정확도나 무게 지탱이 아니라, 바로 '총신의 길이 = 힘이 작용하는 시간'이기 때문입니다. 긴 총신 안에서 총알이 화약 가스의 힘을 더 오래 받으므로 충격량(F×t)이 커지고, 그만큼 총알의 운동량이 크게 변해서 훨씬 빠른 속력으로 총구를 나가게 되는 거예요!

문제 19 · 객관식

야구에서 홈런을 치기 위해 타자가 취할 수 있는 방법 중 충격량 원리와 가장 직접적으로 관련된 것은?

• ① 더 빨리 달려서 타이밍을 정확하게 맞춘다.
• ② 더 큰 힘으로 공을 치거나 끝까지 스윙을 완성한다.
• ③ 공이 타구존에 있을 때만 극한의 속도로 방망이를 휘두른다.
• ④ 방망이의 무게를 가볍게 해서 빠르게 휘두른다.
• ⑤ 공의 궤적을 정확하게 예측하여 타점을 정확하게 맞춘다.

정답: ②

2번이 정답입니다! 충격량 I=F×t 공식에서 홈런을 치려면 (1) 공에 더 큰 힘(F)을 가하거나, (2) 공과의 접촉 시간(t)을 길게 해야 해요. 더 큰 힘으로 칠수록 충격량이 커지고, 끝까지 스윙을 완성하면 접촉 시간이 길어져서 결국 공의 운동량 변화가 크게 되어 더 멀리 날아간답니다!

문제 20 · 객관식

다음 중 충격량 공식 I=F×t를 이용하여 같은 효과를 낼 수 있는 경우를 올바르게 짝지은 것은?

• ① 100N으로 0.01초 vs 50N으로 0.02초
• ② 200N으로 0.01초 vs 100N으로 0.01초
• ③ 150N으로 0.02초 vs 100N으로 0.04초
• ④ 200N으로 0.005초 vs 100N으로 0.02초
• ⑤ 300N으로 0.01초 vs 200N으로 0.02초

정답: ①

1번이 정답입니다! 충격량을 계산해 보면: 100×0.01=1N·s, 50×0.02=1N·s 둘이 같아요! 100N의 1/2인 50N으로 시간을 2배(0.02초)로 늘리면 같은 충격량을 만들 수 있답니다.