충격하중 - impulse, impact force

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자동차의 속도가 매우 낮은 경우에는 자동차가 콘크리트 벽에 부딪히더라도 크게 찌그러지지 않는다. 하지만 자동차가 고속으로 주행하다가 콘크리트 벽에 부딪히게 되면 차체는 크게 일그러진다. 이것은 동일한 자동차가 벽에 부딪치더라도 주행 속도에 따라 충격하중이 서로 다르다는 것을 잘 설명하고 있다.

자동차의 속도가 낮은 경우에는 차량의 운동량(momentum)은 그다지 크지 않다. 운동량은 물체의 질량과 속도를 곱한 값으로 동일한 자동차일지라도 속도가 높아지면 운동량은 속도에 비례하여 증가한다. 자동차가 벽에 부딪히게 되면 자동차의 운동량은 모두 차체를 일그러뜨리는데 소모된다. 자동차가 벽에 부딪히게 되면 속도가 순간적으로 0이 되기 때문에 속도의 변화(, 가속도)는 자동차의 속도에 비례하여 증가한다. 속도의 변화는 가속도이고 가속도에 물체의 질량을 곱하면 힘이 된다. 따라서, 자동차의 속도가 빠르면 빠를수록 벽에 부딪힐 때의 충격하중은 커지게 된다.

다른 한편, 만약 자동차가 콘크리트 벽이 아닌 고무와 같이 연한 재질의 벽에 부딪히게 되면 동일한 주행 속도라 할지라도 콘크리트 벽에 부딪히는 것보다 차체의 일그러짐이 훨씬 줄어든다. 그 이유는 자동차가 고무 벽에 부딪히는 경우에는 차량 운동량의 일부는 고무 벽을 찌그러뜨리는데 소모되기 대문에 차체를 일그러뜨리는데 사용되는 운동량은 그만큼 줄어들기 때문이다. 아울러 자동차의 속도가 0으로 감소하는데 걸리는 시간도 콘크리트 벽의 경우보다 상대적으로 길다. 왜냐하면 고무벽과 부딪히는 경우에는 자동차의 속도가 순간적으로 0이 되지 않고 고무벽이 완전히 찌그러진 후에야 속도가 0이 되기 때문이다. 따라서 시간에 따른 속도변화가 그 만큼 완만하여 가속도가 콘크리트 벽보다 작고, 결과적으로 충격하중은 그 만큼 줄어든다. 고속도로나 항만 부두에 고무와 같은 재료로 완충벽을 설치하는 이유가 바로 여기에 있다.

한편 차량속도와 벽의 종류가 동일하더라도 자동차가 클수록 충격하중은 증가한다. 그 이유는 차량의 질량이 크기 때문에 그 만큼 운동량이 커지고 결과적으로 충격하중이 커진다. 종합적으로 말해 충격하중은 물체의 질량과 속도 그리고 부딪히는 대상 물체의 강한 정도에 비례하여 커진다.

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