와. 굉장히 재미있는 질문이네요.
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못이 벽에 박히는 원리라...
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원리 이전에 못이 벽에 박히게 되는 과정을 먼저 살펴볼까요.
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1. 못을 벽에 댑니다.
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물론 이때 못은 벽속에 파고 들지 못하는데 그 이유는 벽과 못이 서로 전자기적으로 반발하기 때문입니다.(벽과 못은 전하가 중성이긴 하지만 굉장히 가까이가면 벽과 못을 이루는 원자들 주위로 전자구름이 있습니다. 못과 벽이 멀리 떨어져 있으면 서로 중성이기 때문에 전자기력이 아무 작용을 하지 않지만 가까이 다가가면 두 전자구름들이 서로 반발합니다.) -- 전자기력
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2. 망치를 듭니다.
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망치가 들리는 과정에 중력이 작용하지만 못이 박히는 이유와의 관계성은 적습니다.(망치가 이미 들려 있어도.. 무중력상태에서도 할 수 있는 일이니까.^^) -- 중력
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3. 망치에 힘을 가해 못을 밖기에 충분한 운동량을 준다.
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망치가 충분한 운동량이 없다면 못을 박을 수 없으니까,
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사람이 힘을 가해서 충분한 운동량을 갖게 만들어야 하죠.^^ -- 뉴튼역학의 제 2 법칙
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4. 충분한 운동량을 가했으면 힘을 빼도 되죠.^^
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대부분 훌륭한 목수는 별루 힘을 들이지 않고도 못을 잘 박습니다.
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뭐 못을 많이 박아보면 이유는 간단한데 짧은 시간에 운동량을 높여주고 그 다음에는 힘을 죽입니다. -- 제 1 법칙(관성의 법칙).
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하지만, 중간에 힘을 빼나 빼지 않나 못이 박히는 사실에는 영향을 주지 않기 때문에 이 또한 그리 중요하지 않다고 봅니다.(딴 의견을 기다립니다.^^)
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5. 망치가 못을 때린다.
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때리는 순간에 망치는 운동량의 변화를 겪는데 이때 운동량의 변화량이 못의 충격량이 됩니다.
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운동량이 변화한 시간이 dt라고 가정하면 충격량/dt만큼의 힘이 못에 작용합니다. --제 2 법칙
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한편 못에 작용한 힘만큼의 힘이 또한 망치표면에 작용합니다. 이것이 망치의 운동량 변화에 대한 이유이기도 합니다. -- 제 3 법칙: 작용 반작용의 법칙
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6 못이 벽에 들어간다.
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1번에서 보듯이 못은 벽과 전자기적 반발력을 갖고 있고,
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벽안의 원자들은 서로 인력을 작용하고 있어서 (원자들이 서로 일반적인 의미의 공유를 하고 있어서 인력이 작용합니다) 약간의 힘만으론 그 인력을 이기지 못하고 이땐 벽을 뚫지 못합니다.
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반면에 종이는 그 인력이 약해서 쉽게 뚫습니다.
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어쨌든, 망치가 못에 가해준 충격량에 의한 힘이 벽 원자들 사이의 인력을 충분히 이길 수 있다면 못이 벽에 박힙니다. -- 원자들 사이의 인력(쌍극자들 사이의 전자기력)
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무척 재미있는 질문이라 저도 생각해 봤습니다.
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초보자들은 보통 너무 세게 힘을주면 망치의 정중앙에 못의 대가리를 맞출수 없을거 같은 느낌에 좀 약하게 때리므로, 잘 못박고, 숙련자들은 못을 잘 조준할 자신이 있으므로 쎄게 때리는거같아요..그래서 보통사람 10번 망치질할거 3번만에 하니 쉽게 보이는거 같은데요.^^; 물론 손목의 스냅(?)등 전문가(?)의 노하우가
(4) 못의 마찰력은 박히는 물체(나무)의 성질,못의 뾰쪽도와 기하학적 모양, 나무의 결에 대한 못의 각도 등 여러가지 요인에 영향을 받는다. (5) 못과 망치의 충돌시 힘의 방향과 못이 들어가야 할 방향의 일치도 못을 박는데 중요하다. 전문가는 망치의 속도 컨트롤, 못의 각도, 못과 망치의 충돌 각도를 잘 컨트롤한다.
첫댓글 1번은 거시적으로 설명하면 걍 작용반작용^^; 3번은 에너지적 관점으로도 생각할수 있을거 같은데요..^^; 3번에서 사람이 망치에 한일이 망치의 운동에너지와 포텐셜에너지의 변화로 나타낼수있을듯^^; 즉, 망치를 아래 방향으로 때리면, 사람이한일+포텐셜에너지의 감소 = 운동에너지의 증가로 볼수 있을듯해요^^;
여기서 4번 태클!!^^; 짧은시간에 운동량을 높여줘야 한다고 했는데 F△t = mv 에서 mv가 일정한데 △t가 줄어들면 그만큼 F가 커집니다.따라서 오히려 짧은시간동안 운동량을 높이는건 상당히 힘들고 힘이 엄청 센 사람만이 할수있는거 같은데요^^;
즉, 해탈님 말씀은 1초동안 50N의 힘을 주는거보다 0.1초동안 500N 의 힘을주고 0.9초간 힘을 안주는게 더 쉬운거 처럼 말씀하셨는데 과연...더 힘들지 않을까나..^^; 제생각엔 조준을 잘해서 망치의 정중앙에 못의 대가리(?)에 충돌하도록 하는게 제일 중요할거 같은데요..
초보자들은 보통 너무 세게 힘을주면 망치의 정중앙에 못의 대가리를 맞출수 없을거 같은 느낌에 좀 약하게 때리므로, 잘 못박고, 숙련자들은 못을 잘 조준할 자신이 있으므로 쎄게 때리는거같아요..그래서 보통사람 10번 망치질할거 3번만에 하니 쉽게 보이는거 같은데요.^^; 물론 손목의 스냅(?)등 전문가(?)의 노하우가
있을듯 하네요...ㅎㅎ
원자들 설명은 신선했습니다^^* 맨날 거지적으로만 생각하다가 미시적 설명을 보니깐요^^
앞으로는 거지적으로 생각하지 마시길..ㅎㅎ
(1) 못이 저절로 들어가지 않는 이유는 전자기력(미시적으로 영향을 제외할수는 없지만)보다는 마찰력 때문이죠. (2) 망치의 운동은 망치의 선택(m; 무거운 망치와 가벼운 망치)와 힘의 경과(결과는 못을 치기 직전은 속도 v)의 컨트롤에 있죠.
(2) 전문가는 망치를 서서히 시작하여 못을 치기 직전 가속과 속도가 최대가 나오도록 하는 것이며(힘이 가장 적게 드는 가속법), 초보는 초기에 빠르게 망치의 속도를 올리느라 초기 가속을 크게 하면서 힘을 많이 쓰게 된다.
(3) mv=Δt x F에서 Δt는 못에 망치가 맞고나서 못이 박혀 멈추기까지의 시간(망치에 힘을 주는 시간이 아님)으로, 충격량(망치질량 x 충돌의 순간 속도)가 크고 못의 마찰력이 작으면 힘이 크게 작용하여 Δt(종속변수)가 줄어든다.
(4) 못의 마찰력은 박히는 물체(나무)의 성질,못의 뾰쪽도와 기하학적 모양, 나무의 결에 대한 못의 각도 등 여러가지 요인에 영향을 받는다. (5) 못과 망치의 충돌시 힘의 방향과 못이 들어가야 할 방향의 일치도 못을 박는데 중요하다. 전문가는 망치의 속도 컨트롤, 못의 각도, 못과 망치의 충돌 각도를 잘 컨트롤한다.
(5) 못과 망치의 충돌시 힘의 방향과 못이 들어가야 할 방향의 일치도 못을 박는데 중요하다. 전문가는 망치의 속도 컨트롤, 못의 각도, 못과 망치의 충돌 각도를 잘 컨트롤한다
마찰력도 전자기력으로 인해 생기는 힘 아닌가요?