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고등학교(과학탐구실험)

총알 속도 측정 가상실험(탄동진자)

by 민서아빠(과학사랑) 2022. 8. 26.

총알 속도를 간단하게 구하는 탄동진자 가상 실험이다.
예전에는 실제로 이런 방법으로 총알 속력을 구하곤 했다.
가상실험에서 다양한 요소를 바꿔 가며 실험해 볼 수 있도록 만들었다.
 
아래 링크에 접속해서 가상으로 실험을 해보고 결과를 확인 해 보자.

https://sciencej1.cafe24.com/html5/ballisticpendulum/ballisticpendulum.html



1. 총알의 속력을 구하는 과학적 원리


총알의 속력을 구하는 원리는 역학적 에너지 보존법칙과 운동량 보존법칙을 이용한다.

 실험결과 나무도막(총알포함)이 얼만큼 올라갔는지를 측정하면, 위치에너지를 알 수 있고, 그 위치에너지를 이용하면 나무도막(총알포함)이 가장 낮은 위치에 있을 때 운동에너지 즉 속력을 알아낼 수 있다. 

 총을 쏘면 총알이 나무도막에 박혀서 함께 움직이게 되므로 완전 비탄성 충돌이 일어난다.
따라서 나무도막(총알포함) 가장 낮은 위치에서 속력을 알면, 운동량 보존 법칙에 의해 우리가 알고 싶은 총알의 속력을 알아낼 수 있다.

 높이를 측정하기 어려울 때는 나무도막이 매달린 실의 각도 변화를 측정해서 올라간 높이를 계산해도 된다.  


2. 완전 비탄성 충돌( 총알이 나무도막에 박혀서 함께 움직이는 경우)


3. 완전탄성 충돌(총알이 금속상자에 맞고 튕겨 나가는 경우)

이런 경우는 실제로 없겠지만, 만약 완전 탄성충돌이 일어나 에너지 손실 없이 총알이 튕겨 나간다고 가정하고 계산해 보았다.


4. 시위 진압용으로 고무총알을 사용하는 이유

   계산해 보니 이 실험에서는 완전 탄성충돌이 일어날 때 완전 비탄성 충돌이 일어 날 때 보다 4배 더 높이 올라간다. 즉 같은 총알이라도 표적에 박히는 것 보다, 표적을 맞고 튕겨 나갈 때 표적은 더 큰 충격을 받는 다는 걸 알 수 있다.

고무총알의 경우 표적에 맞고 튕겨 나가기 때문에, 생명에는 지장이 없지만, 더 큰 충격을 주어 넘어지게 하거나, 뼈가 부러질 수도 있다.

실제 시위 진압용으로 사용하는 고무탄에 맞으면 맞는 부위에 따라 심한 경우 사망할 수도 있다고 한다. 그래서 최근에는 일선에서 고무탄 사용을 없애고 대신 테이저건으로 교체되고 있다고 한다.

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