| 제목 | 답변완료 serway 대학물리학 교과서 충격량 근사, 내부 에너지 개념 | ||
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| 질문유형 | 기타 | 교수님 | 이정욱 |
| 과목 | 일반물리학 | 강좌명 | |
| 작성자 | 김*우 (j**********0) | 등록일 | 2023-10-30 21:34 |
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serway 대학물리학 교과서를 읽던 중, 확실히 와닫지 않는 개념이 있어 질문드립니다!
1. 먼저 9장 p197의 "충격량 근사"라는 개념입니다. 교과서 상 충격량 근사란 "매우 짧은 시간동안 발생하는 어떤 힘 하나가 그 순간에 어떠한 다른 힘들보다 크다고 가정하는 것이다."라고 나와있는데 여기서 (1) 짧은 시간이란 짧음의 기준이 무엇인지, (2) 충돌하는 동안에 충돌할 때 발생하는 힘 말고 진짜로 다른 모든 힘(중력, 마찰력 등등)을 무시할 수 있는 것인지, (3) 문제를 풀 때 충격량 근사를 쓰면 안 되는 예외적인 상황은 있는지 알고 싶습니다.
2. 2번째로 이 책의 7장에서부터 나온 `내부에너지`개념입니다. 저는 내부에너지를 비보존력이 계 내부에서 한 일에 의해 계 내의 운동에너지와 퍼텐셜 에너지 등에서 에너지를 뺏어와서 발생하는 에너지이고, 형태에는 열이나 소리 등이 있다. 라고 이해를 했는데 (1) 내부에너지는 퍼텐셜에너지처럼 다시 운동 에너지로 변환되거나 또는 퍼텐셜에너지로는 다시 변환될 수 없는 에너지인지, (2) 물체-표면 계에서 마찰력에 의한 음의 일로 물체의 운동에너지가 열이나 소리 등으로 변환됐다면 열은 계 내부의 운동에너지가 계 내부의 열로 변환된 것이 맞지만, 소리는 계 내부의 운동에너지가 계 외부로 에너지가 발산(?)된 건데 왜 `내부`에너지라고 부르는지 궁금합니다.
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안녕하세요. 이정욱 입니다.
첫번째, 내용에 대한 답입니다.
운동량 보존 법칙은 입자계에 작용하는 외력이 0일 때, 성립하지요!
입자계에 충돌이 가해지는 동안 외력이 가해지는 상황들이 나타나기도 합니다. 이는 엄밀히 운동량 보존 법칙이 성립하지 않을 수 있는 계이기도 합니다.
그런데, 이 과정에서 외력에 의한 충돌효과 (즉, 충격량)를 무시할 수 있는 상황이 있다면 이를 어떻게 표현할 것인가! 에 대한 의문이 남게 됩니다.
이는 아주 엄밀히는 입실론-델타 개념을 도입한 미적분학에서의 기교를 이용해 해석할수도 있습니다만..물리적으로 해석하자면 짧음의 기준은 외력의 충격효과를 무시하기 위해 도입했다고 보시면 되는 것입니다. 힘이 아니라 힘에 의한 충격량을 무시하는 상황인 것입니다.
두번째...는..
내부에너지라 함은 입자계 내부에 있는 총 에너지를 일컫습니다.
이 내부에너지를 변화시키는 과정에서 힘이나 토크가 필요한 경우가 있는데, 이 힘이나 토크가 보존력으로 작용한다면 운동에너지 또는 주변의 퍼텐셜 에너지로 변환되지만...비보존력에 의해 일을 받는다면 이는 또다른 형태로 전환될 수 있는 것이지요!
즉, 내부에너지는 형태를 정확하게는 알 수 없지만, 내부에 존재하고, 이를 변환시키는 힘의 종류에 따라 다양하게도 변할 수 있는 총 에너지를 일컫는 것입니다.
- 2023-11-03
- 2024-12-12 수정
