Science in CONAN - 운동량과 충격량2 (TV판 385화)

* 상황설명
큰 저택에 불이 났는데 3층에 미처 피하지 못한 사람이 있습니다.

* 문제해결
이를 안 코난은 온 몸에 물을 적시고 불길 속으로 그 사람을 구해 뛰어 들어가면서 창문 밑으로 차를 대 달라고 부탁을 합니다. 왜 코난은 창문 밑으로 차를 대 달라고 했을까요? 어렵지 않게 짐작할 수 있습니다. 그 위로 뛰어 내리기 위한 것인데요, 문제는 그러한 조치가 과연 효과적인가 하는 것입니다. 효과적이라면 구체적으로 어떤 원리에 의해 얼마만큼 효과가 있는 것일까요?

* 해설
차 위로 뛰어 내리면서 차가 유난히 많이 찌그러지는 것을 확인할 수 있습니다.

F△t=△mv 식에서 일단, 충격량은 운동량의 변화에 의해 결정됩니다. 자동차 위로 떨어지면 그만큼 낙하거리가 줄어들고 바닥에 떨어질 때의 속력이 감소하게 됩니다. 그 결과 자동차 위로 떨어지면 운동량이 더 작아지는 효과가 생깁니다. 완전히 멈추기까지 운동량의 변화가 작은 것도 당연한 것입니다. 따라서 자동차 위로 떨어져야 사람이 받는 충격량이 작아지게 되기 때문에 상대적으로 충격을 덜 받게 됩니다. 그러나 이러한 이유만으로 코난이 자동차를 밑에 대라고 한 것은 아닙니다. 이 정도의 생각은 코고로의 말대로 어린 애도 할 수 있는 생각이거든요. 더 중요한 이유를 란이 정확하게 이야기 합니다.



좋은 차가 없어 왜건(왜건은 세단의 뒷부분을 길게 빼 1.5박스 형태로 만든 차)을 빌려온 것이 도움이 되었다는 말을 합니다. 안정적으로 차 위로 뛰어 내릴 수 있어 도움이 되었다는 뜻으로도 해석할 수 있지만 저는 "좋은 차가 이니다"라는 말에 무게를 두고 싶습니다. 좋은 차(중형차)의 경우 차체가 무겁고 굉장히 딱딱합니다. 싼 차에 비해 잘 찌그러지지 않죠. 왜건도 종류에 따라 고급차도 많이 있겠지만 싼 왜건이라 잘 찌그러졌다라는 의미로 해석할 수도 있습니다.

왜 이렇게 잘 찌그러지는 것이 중요하냐하면 운동량 변화가 같다면 힘을 받는 시간이 길수록 충격력이 작아지는 특징이 있기 때문입니다. 많이 찌그러진다는 얘기는 그 만큼 충돌해서 멈추기까지 시간이 많이 걸린다는 얘기거든요. 그래서 충격력이 작아지는 효과가 있습니다. 야구 공 같은 것을 받을 때 손을 뒤로 빼면서 받는 것도 멈추기까지 걸리는 시간을 길게 해서 충격력을 줄여주기 위한 것입니다. (손을 뒤로 빼든 안 빼든 야구공의 운동량 변화는 일정합니다. 따라서 충돌 시간이 길수록 충격력이 작아지는 것입니다.) 높은 곳에서 뛰어 내릴 때 무릎을 굽히는 것도 같은 원리죠. 이 경우에도 무릎을 굽히든 안 굽히든 운동량의 변화(=충격량)가 같기 때문에 충돌 시간을 길게 해서 충격력을 줄여주는 것입니다.

사람이 다치고 아프고 하는 것은 충격량보다는 충격량에 의해 결정된다고 볼 수 있습니다. 낙하거리를 줄여 충격량을 줄인 것도 유효하지만 잘 찌그러지는 차를 통해 충돌 시간을 늘려 충격력을 줄여준 것이, 사람이 다치지 않은 매우 중요한 원인이 되기 때문입니다.


정보 및 자료제공 : 물리나라(http://mulinara.net), 명탐정 코난의 모든것(http://blog.daum.net/cysics/)
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