망치로 치면 못이 박히는 이유

쇠 망치로 못을 치면 못이 박히지만 동일한 힘으로 고무 망치로 못을 치면 못이 박히지 않는다. 이때 팔에서 주는 힘과 에너지는 동일한데 왜 고무 망치로는 못을 박을 수 없을까?

어떤 물체에 1초 동안 100의 힘을 주면 1의 속도로 이동한다고 가정할 때, 0.1초 동안 1000의 힘을 줘도 동일한 1의 속도로 이동한다. 그리고, 0.01초 동안 10000의 힘을 줘도 동일한 1의 속도로 이동한다.

이와 같이 힘이 주어지는 시간과 힘의 곱을 충격량(Impulse)이라고 하고 충격량에 의해 물체의 운동이 결정된다.

이와 같은 충격량은 물체가 운동을 시작하거나 멈출 때 모두 적용된다.

쇠 망치가 못과 충돌할때 0.01초만에 멈춘다면 이 때 못에 가해지는 힘은 10000이 된다. 

고무 망치가 못에 충돌할 때는 탄성이 있기 때문에 0.01초 만에 멈출 수 없고 1초 정도에 멈춘다 가정하면, 이 때 못에 가해지는 힘은 100이 되며 쇠 망치 보다 100배 작은 힘이 된다.

못이 나무에 박히기 위해서는 나무의 분자 사이 결합을 깨기 위한 최소한의 힘이 필요하다. 오랜 시간 작은 힘을 아무리 줘도 나무의 분자 사이 결합은 깨지지 않는다. 시간이 짧더라도 일정 크기 이상의 큰 힘을 줘야 분자 사이 결합이 깨진다. 즉, 분자 사이 결합을 깨는 것은 에너지가 아니라 힘이다.

망치의 원리는 지렛대의 원리와 조금 비슷하다. 지렛대도 에너지는 동일하지만 힘은 증가 시키는 효과를 가진다.

# 충격량과 운동량