충돌

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물리학에서 충돌은 두 개 이상의 물체가 상대적으로 짧은 시간에 서로에게 힘을 가하는 사건이다.비록 충돌이라는 단어의 가장 일반적인 용어가 두 개 이상의 물체가 엄청난 힘으로 충돌하는 사건을 언급하지만, 이 용어의 과학적 사용은 ^[1]힘의 크기에 대해 아무 의미도 없다.

과학자들이 충돌을 고려하는 물리적 상호작용의 예는 다음과 같습니다.

• 곤충이 식물의 잎에 착지하면 다리가 잎과 충돌한다고 한다.
• 고양이가 잔디밭을 가로질러 성큼성큼 걸어갈 때, 발이 땅에 닿을 때마다, 털의 각 붓이 풀잎에 닿을 때마다 충돌로 간주됩니다.
• 권투선수가 펀치를 날리면 주먹이 상대방 몸에 부딪힌다고 한다.
• 천문학적인 물체가 블랙홀과 합쳐질 때, 그들은 충돌하는 것으로 간주됩니다.

collision이라는 단어의 구어적 용도는 다음과 같습니다.

• 교통 충돌에는 적어도 한 대의 자동차가 관련된다.
• 비행기 사이에 공중 충돌이 일어납니다.
• 선박 충돌은 적어도 두 척의 움직이는 해양 선박이 서로 충돌하는 것을 정확하게 포함합니다. 관련 용어인 할당은 움직이는 선박이 정지해 있는 물체(항상 그렇지는 않지만 종종 다른 배)와 충돌하는 것을 나타냅니다.

물리학에서 충돌은 충돌 전후 시스템의 총 운동 에너지 변화에 따라 분류할 수 있습니다.

• 전체 운동 에너지의 대부분 또는 전부가 손실되면(열, 소리 등으로 소멸되거나 물체 자체에 의해 흡수됨), 충돌은 비탄성적인 것으로 간주됩니다. 이러한 충돌은 물체가 완전히 정지하는 것을 포함합니다.그러한 충돌의 예로는 자동차 충돌 사고가 있는데, 충돌할 때 차들이 서로 부딪히는 것이 아니라 안쪽으로 구겨지는 것이다.이는 충돌 사고가 발생할 경우 탑승자와 행인의 안전을 위해 설계된 것으로, 대신 차량의 프레임이 충돌 에너지를 흡수합니다.
• 대부분의 운동 에너지가 보존되면(즉, 물체가 이후에도 계속 움직이면), 충돌은 탄성이 있다고 한다.야구 방망이가 야구공을 치는 것이 그 예입니다. 배트의 운동 에너지가 공으로 전달되어 공의 속도가 크게 빨라집니다.방망이가 공을 때리는 소리는 기력이 떨어진다는 것을 나타냅니다.
• 그리고 모든 운동 에너지가 보존되면(즉, 에너지가 소리, 열 등으로 방출되지 않음), 충돌은 완벽한 탄성이라고 한다.이러한 시스템은 이상화이며 열역학 제2법칙으로 인해 현실에서는 발생할 수 없습니다.

물리

충돌은 두 물체 또는 두 개 이상의 물체 사이에 동시에 작용한 내부 힘으로 인해 관련된 물체의 움직임 변화를 일으키는 단기 상호작용이다.충돌은 힘을 수반한다(속도에 변화가 있다).충돌 직전의 속도 차이를 폐쇄 속도라고 합니다.모든 충돌은 탄력을 보존합니다.충돌의 다른 종류들을 구별하는 것은 그것들이 운동 에너지를 보존하는지 여부이다.충격선은 충격 중에 가장 가깝거나 접촉하는 표면의 공통 법선에 일치하는 선입니다.이것은 충돌의 내부 힘이 충돌할 때 작용하는 선이며, 뉴턴의 복원 계수는 이 선만을 따라 정의된다.충돌은 다음 세 가지 유형으로 구성됩니다.

1. 완전 탄성 충돌
2. 비탄성 충돌
3. 완전히 비탄성 충돌입니다.

구체적으로, 충돌은 운동량과 운동 에너지를 모두 보존한다는 의미인 탄성일 수도 있고 운동 에너지는 보존하지 않는다는 의미인 비탄성일 수도 있습니다.

비탄성 충돌은 플라스틱 충돌이라고도 합니다."완벽하게 비탄성적인" 충돌(또는 "완벽하게 소성적인" 충돌)은 두 물체가 충돌 후에 합쳐지는 비탄성 충돌의 제한적인 경우입니다.

충돌의 탄성 또는 비탄성 정도는 일반적으로 0과 1 사이의 값인 복원 계수에 의해 정량화된다.완전 탄성 충돌은 복원 계수가 1이고, 완전 비탄성 충돌은 복원 계수가 0입니다.

충돌 유형

두 물체 간의 충돌은 1) 충돌 직전의 각 물체의 속도가 충격 직선을 따르는 정면 충돌 또는 1차원 충돌과 2) 충돌 직전의 각 물체의 속도가 충돌 직전의 속도를 따르지 않는 정면 충돌, 경사 충돌 또는 2차원 충돌의 두 가지 유형이 있다.행동하다.

복원계수에 따라 다음과 같은 두 가지 특별한 충돌 사례가 있다.

1. 완전 탄성 충돌은 충돌에서 운동에너지의 손실이 없는 충돌로 정의된다.사실, 물체들 사이의 어떤 거시적 충돌은 일부 운동 에너지를 내부 에너지와 다른 형태의 에너지로 바꿀 것입니다. 그래서 어떤 대규모 충격도 완벽하게 탄력적이지 않습니다.그러나 일부 문제는 완전히 탄력적이어서 근사할 수 있다.이 경우 복원 계수는 1입니다.
2. 비탄성 충돌은 충돌에서 운동 에너지의 일부가 다른 형태의 에너지로 바뀌는 것이다.운동량은 (탄성 충돌과 마찬가지로) 비탄성 충돌에서 보존되지만, 그 중 일부는 다른 형태의 에너지로 변환되기 때문에 충돌을 통해 운동 에너지를 추적할 수 없다.이 경우 복원 계수는 1이 아닙니다.

어떤 종류의 충돌이든 충돌하는 물체가 충돌선을 따라 같은 속도를 갖는 단계가 있습니다.그러면 물체의 운동 에너지가 이 단계 동안 최소로 감소하며, 순간적으로 복원 계수가 하나가 되는 최대 변형 단계라고 할 수 있습니다.

이상 기체에서의 충돌은 전자기력에 의해 휘어지는 아원자 입자의 산란 상호작용과 마찬가지로 완전히 탄성 충돌에 접근한다.위성과 행성 사이의 새총 형태의 중력 상호작용과 같은 몇몇 대규모 상호작용은 거의 완벽하게 탄성이 있다.

단단한 구간의 충돌은 거의 탄성에 가까울 수 있으므로 탄성 충돌의 제한 사례를 계산하는 것이 유용합니다.운동 에너지 보존뿐만 아니라 운동량 보존의 가정은 2체 충돌에서 최종 속도를 계산할 수 있게 한다.

얼라이언스

해양법에서는 선박이 움직이는 물체와 충돌하는 상황과 정지하는 물체와 충돌하는 상황을 구분하는 것이 바람직할 수 있다.그리고 나서 "allision"이라는 단어는 정지된 물체의 타격이라는 의미로 사용되며, "collision"은 움직이는 ^[2][3][4]물체의 타격이라는 의미로 사용됩니다.따라서 두 개의 혈관이 서로 부딪힐 때 법원은 일반적으로 충돌이라는 용어를 사용하는 반면, 한 혈관이 다른 혈관과 부딪힐 때는 일반적으로 ^[5]할당이라는 용어를 사용합니다.고정 객체는 다리 또는 도킹 스테이션일 수도 있습니다.두 용어 사이에는 큰 차이가 없으며 종종 서로 바꿔서 사용되기도 하지만, 차이를 결정하는 것은 비상 상황을 명확히 하고 그에 ^[6]따라 적응하는 데 도움이 된다.Vane Line Bunkering, Inc. v. Nataly D M/V의 경우, "이동 중인 선박이 어떤 식으로든 잘못 취급되지 않는 한 일반적으로 정지된 물체와 충돌하지 않는다는 상식적인 관측에서 추정한다"^[7]며 이동 중인 선박에 결함이 있는 것으로 확인되었다.이것은 오리건 ^[8]룰이라고도 불립니다^{[by whom?]}.

충돌 해결을 위한 분석적 접근법과 수치적 접근법

충돌과 관련된 비교적 적은 수의 문제만 분석적으로 해결할 수 있으며 나머지는 수치적 방법을 필요로 한다.충돌을 시뮬레이션할 때 중요한 문제는 두 물체가 실제로 충돌했는지 확인하는 것입니다.이 문제를 충돌 검출이라고 합니다.

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분석적으로 해결할 수 있는 충돌의 예

당구

충돌은 큐 스포츠에서 중요한 역할을 한다.당구공 사이의 충돌은 거의 탄성에 가깝고, 공은 낮은 롤링 마찰을 일으키는 표면에서 굴러가기 때문에, 그들의 행동은 종종 뉴턴의 운동 법칙을 설명하기 위해 사용됩니다.이동구와 같은 질량의 정지구가 제로 마찰 충돌한 후 두 공의 방향 각도는 90도가 된다.이것은 비록 공이 마찰로 굴러가기 보다는 테이블을 가로질러 마찰의 충격 없이 움직인다고 가정하지만, 프로 당구 ^[9]선수들이 고려하는 중요한 사실이다.각각의 초기 속도₁ u와₂ u = 0인 경우₂, 그리고₁ 최종₂ 속도 V와 V의 두 질량 m과₁ m의₂ 두 차원에서의 탄성 충돌을 고려한다.운동량을 보존하면 mu = mV₁₁ + mV가₂₂ 됩니다₁₁.탄성 충돌에 대한 에너지 보존은 (1/2)m₁₁₁ u = (1/2)m₁ V + (1/2₂)m₂ V가 된다. 이제₁ m = m₂: 우리는 u₁ = V₂ + V 및 u₁₁ = V₁₂ + V를 구한다. 앞의 방정식의 각 변의 도트곱을₁ 그 자체로 u₁₁₁ = = V + V₂₁ · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V · V이것을 후자의 방정식과 비교하면 V·V₂ = 0이 되므로₁, V가 0 벡터가 아닌 한₁ 수직이다(충돌이 정면일 경우에만 발생).

완전 비탄성 충돌

완벽한 비탄성 충돌, 즉 복원 계수가 0일 경우 충돌 입자가 합체합니다.운동량 보존을 고려해야 합니다.

$\displaystyle m_{a}\mathbf {u}_{a}+m_{b}\mathbf {u}_{b}=\left(m_{a}+m_{b}\right)\mathbf {v},},}$

여기서 v는 최종 속도이며, 따라서 다음과 같이 주어진다.

${\displaystyle \mathbf {v} = specfrac {m_{a}\mathbf {u} _{a}+m_{b}} {m_{a}+m_{b}}}}$

총 운동 에너지의 감소는 두 입자의 시스템에 대한 운동량 프레임의 중심에서 충돌하기 전의 총 운동 에너지와 같다. 왜냐하면 그러한 프레임에서 충돌 후의 운동 에너지는 0이기 때문이다.이 프레임에서 충돌하기 전의 운동 에너지의 대부분은 질량이 작은 입자의 것입니다.다른 프레임에서는 운동 에너지의 감소 외에도 한 입자에서 다른 입자로 운동 에너지의 전달이 있을 수 있습니다; 이것이 프레임에 의존한다는 사실은 이것이 얼마나 상대적인지를 보여줍니다.시간이 뒤바뀌면 발사체를 쏘거나 추진력을 가하는 로켓과 같은 두 물체가 서로 밀리는 상황이 발생한다(치올코프스키 로켓 방정식의 도출과 비교).

수치적으로 분석된 충돌의 예

동물의 이동

동물의 발이나 발과 밑바닥의 기질이 충돌하는 것을 일반적으로 지면 반력이라고 합니다.운동 에너지가 보존되지 않기 때문에 이러한 충돌은 탄성이 없습니다.보철물의 중요한 연구 주제는 장애인 보행과 비장애인 보행과 관련된 족지 충돌 동안 발생하는 힘을 정량화하는 것이다.이 정량화를 위해서는 일반적으로 피험자가 힘 플랫폼(때로는 힘 플레이트)을 가로질러 걸어가야 하며 상세한 운동학적 및 동적(때로는 운동학적) 해석도 필요하다.

실험 도구로 사용되는 충돌

충돌은 물체와 다른 물리적 현상의 재료 특성을 연구하기 위한 실험 기법으로 사용될 수 있습니다.

우주 탐사

어떤 물체가 파괴되기 전에 다른 천체에 충돌하거나, 측정하여 지구로 보내거나, 다른 곳에 있는 기구들이 그 효과를 관찰할 수 있도록 할 수 있다.예:

• 아폴로 13호, 아폴로 14호, 아폴로 15호, 아폴로 16호, 아폴로 17호 중 S-IVB(로켓의 3단)는 달핵을 특정하기 위해 지진 측정을 하기 위해 달에 충돌했다.
• 딥 임팩트
• SMART-1 - 유럽우주국 위성
• 달 충돌 탐사선 - ISRO 탐사선과 LCROSS와 사용후 Centaur 상부 스테이지 - NASA 탐사선
• 행성 방어를 위한 이중 소행성 리다이렉션 시험(계획)

분자 충돌의 수학적 설명

분자의 선형, 각도 및 내부 모멘타가 r 변수 집합_i { p }에 의해 주어지도록 하자.분자의 상태는 "w_i="p₁₂₃"p"p"... 범위로 설명될 수 있다.§p_r. 다른 상태에 대응하는 많은 범위가 있다.특정 상태는 지수 i로 나타낼 수 있다.따라서 충돌하는 두 분자는 (i, j)로 나타낼 수 있다(이러한 순서쌍은 때때로 별자리라고도 한다).두 분자가 임계 거리 b 내에 무게 중심이 접근하지 않는 한 서로 무시할 수 있는 영향을 미친다고 가정하는 것은 편리하다.따라서 충돌은 각각의 무게 중심이 이 임계 거리에 도달했을 때 시작되고, 그들이 다시 이 임계 거리에 도달했을 때 완료됩니다.이 모델에서 충돌은 충돌 전의 별자리(i, j)와충돌 후의 별자리(k, l$)$를 나타내는 매트릭스$i, j, j)$로 완전히 기술됩니다.이 표기법은 볼츠만의 H 이론 통계역학을 증명하는데 편리하다.

고의적인 충돌에 의한 공격

의도적인 충돌에 의한 공격 유형은 다음과 같습니다.

• 몸으로 때리는 것: 맨손으로 때리는 것, 때리는 것, 발로 차는 것
• 칼, 곤봉 또는 도끼와 같은 무기로 때리는 모습
• 물체 또는 차량과 충돌하는 경우. 예:
  • 램라이딩(ram-raiding)은 침입하기 위해 건물 안으로 차를 몰고 들어가는 행위입니다.
  • 큰 문을 부수기 위해 사용된 중세식 무기인 두들겨 패는 숫양, 현대식 또한 급습 시 경찰에 의해 사용된다.

원거리 물체와의 공격 충돌은 발사체를 던지거나 발사함으로써 달성할 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

레퍼런스

• Tolman, R. C. (1938). The Principles of Statistical Mechanics. Oxford: Clarendon Press. 재발행(1979) 뉴욕: 도버 ISBN 0-486-63896-0.

외부 링크

• 3차원 충돌 - 두 동종 구 간의 경사 비탄성 충돌.
• 1차원 충돌 - 1차원 충돌 플래시 애플릿.
• 2차원 충돌 - 2차원 충돌 플래시 애플릿.