5월의 작은 선인장

부싯돌의 원리

열과 일은 등가의 물리량이다. 쉽게 이야기해서 1J의 일은 4.2cal의 열량과 같다고 한다. 이는 줄이 실험을 통해서 알아냈고, 줄을 기리기 위해서 일의 단위를 J이라고 표시한다.
일은 에너지 형태고, 이는 위치에너지와 운동에너지로 이루어져 있다.

부싯돌을 강하게 부딪치면 양쪽 방향에서 오는 운동량은 보존되려는 경향이 있어서 거의 정지하게 된다. 이 때 두 돌의 운동에너지는 거의 없어지는데, 이 손실분이 다른 형태의 에너지로 방출되게 된다. 이 때 방출하게 되는 에너지 형태는 열과 소리와 빛이 대부분이다. 그리고 간혹 그 열이 과해서 불꽃을 일으키는 경우도 있다.

이 경우에 두 가지를 고려할 수 있다..
첫 번째에는 부딪힌 두 물체가 탈 수 있는 물체라면 이 물체가 작은 조각이 되면서 연소하면서 날아가게 된다. 이런 대표적인 경우가 철근끼리 부딪힐 때다. 영화 같은데서 많이 볼 수 있다. 부서진 자동차 같은 것이 운행하면서 다른 곳과 비벼지거나 땅바닥에 비벼질 때에 불꽃을 튀기는 것을 봐왔을 것이다..... 아니면 쇠를 연마기로 갈 때에 쇠의 끝에 불꽃이 튀는 것을 봤을 것이다.

두 번째는 부딪히는 두 물체가 연소할 수 없는 경우다. 이 경우는 거의 불꽃은 방출되지 않고, 단지 그 에너지 방출로 나타나는 열은 우리가 느낄 수 있다.

부싯돌의 경우는 첫 번째 예라고 할 수 있다. 정확히 부싯돌은 어떤 물질인지는 모르겠지만 기본원리는 이와 같고, 실제로 보통 돌도 아주 단단한 경우에는 불꽃이 튀는 것을 볼 수 있다.(단단해야 충돌 시 부서지지 않고 강하게 충돌하여 많은 에너지가 열로 방출되게 됩니다. 부서지는 돌이면 부서지는데 에너지를 많이 사용하게 되죠.)

ps. 마찰에 의한 열을 이해하려면 열이 무엇인지를 이해해야 한다.
열은 물체 내의 원자나 전자들의 불규칙한 움직임의 정도에 따라서 나타나는 것이라고 볼 수 있다. 이는 모든 물리적 사고의 기본중 하나라고 생각된다. (열역학적으로 살펴보면 이 생각은 틀릴 수도 있는데, 열역학에서 보는 것과 일반역학에서 보는 시각에는 약간의 차이가 있는 것이 현실이다. 열역학은 일반역학이 생겨난 뒤 100년정도 뒤에 생겨나서 그렇다.)

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