제2권 · Chapter 2 · 섹션 2

운동량

2-1. 운동량과 충격량

왜 "무게 × 빠르기"가 중요한가?

놀라운 질문으로 시작하자

야구 경기를 상상해 보자. 투수가 던진 공이 시속 150km로 날아온다. 타자가 방망이를 휘두르면 공은 반대 방향으로 시속 180km로 튀어나간다. 이 과정에서 공과 방망이가 접촉한 시간은 불과 0.001초. 눈을 깜빡이는 시간의 3분의 1도 안 된다.

질문이 떠오른다.

고작 0.001초 동안 무슨 일이 벌어진 걸까? 방망이는 공에게 얼마나 큰 힘을 가한 걸까?

이것을 뉴턴의 제2법칙 $F = ma$로 계산하려면 곤란한 문제가 생긴다. 충돌하는 동안 힘이 시시각각 변하기 때문이다. 방망이가 공에 닿는 순간부터 힘이 급격히 커졌다가, 공이 튕겨 나가는 순간 다시 0으로 떨어진다. 이 복잡하게 변하는 힘을 매 순간 추적해서 계산한다고? 거의 불가능에 가깝다.

하지만 물리학에는 더 영리한 방법이 있다. 복잡한 힘의 매 순간을 추적하지 않고도, 충돌의 전체적인 효과를 한 번에 파악하는 방법. 바로 운동량과 충격량이라는 개념이다.