별 이유 없이 글이 3편까지 왔다.

입자가 벽에 수직으로 충돌하는 경우, 운동량이 보존된다고 하면 당연히 에너지도 보존된다. 그럼 입자 2개가 충돌하는 경우를 제대로 생각해 보자. 일단 쉽게 생각해 보려면, 입자 2개가 정면충돌한다고 해 보자. 입자 2개가 똑같다고 하고 탄성계수는 1이라고 하자. 그럼 충돌 전과 충돌 후에 입자가 가지는 속도는 변하지 않을 것이고 서로 가던 방향의 반대 방향으로 제 갈길을 가게 된다. 그럼 운동량도 변하지 않고 각각의 운동량의 제곱도 변하지 않는다. 따라서 에너지도 변하지 않는다. 모든 충돌은 거의 대부분 입자 2개의 충돌로 근사할 수 있고, 보는 각도와 속도를 잘 바꾸면 항상 정면충돌로 바꿔서 볼 수 있다. 이제 열에너지를 운동에너지로 간주한다면 모든 충돌은 완전탄성충돌이므로 입자의 충돌에서 운동에너지는 항상 보존된다는 것을 알 수 있다.[각주:1]

이제, 에너지 보존법칙의 본질에 조금 더 다가가 보자. "보존"이라는 말은 "시간이 지나도 크기가 변하지 않음"을 뜻한다. 에너지는 두 종류가 있는데, 그중 운동 에너지는 충돌에서 보존된다는 걸 알 수 있었다. 이제, 운동에너지와 위치에너지의 합이 보존되는 경우를 살펴보자.

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이 글의 연재를 잠시 중단합니다. -_-;
그냥 쉽게 에너지 보존법칙을 이해해 보려고 했는데, "왜 물은 위에서 아래로 흐르나요?"라는 2000년도 넘은 질문을 이해해야 하는 불상사가 일어나는 바람에 고민 좀 더 해보고 쓰겠습니다.

아마 "힘의 본질"에 대해서 이해하는 다른 글을 쓴 이후에 이 글을 계속할 것 같네요.
  1. 물론 Deep Inelastic Scattering 실험 같은 경우에는 양성자를 비탄성 충돌 시키는 실험이지만, 어쨌든 이 경우에도 "내부 구조의 열 에너지" 대신에 위치 에너지를 사용할 수 있다. 어려운 얘기는 일단 뒤로 쓱 밀어둔다. [본문으로]
by snowall 2010.07.05 00:14