운동량보존법칙

요약 외부의 힘을 받지 않는 고립된 물체 또는 계에서 전체 운동량의 합이 보존된다는 법칙. 자연의 기초적인 법칙이다.

운동량 보존법칙은 에너지 보존법칙과 함께 자연현상을 지배하는 기초법칙이다. 운동의 제2법칙에 따르면 힘은 질량과 가속도의 곱 또는 운동량의 시간변화율로 나타난다. 따라서 외부의 힘이 작용하지 않거나 합력이 0이면 물체의 운동상태는 변하지 않고 관성을 유지한다. 이런 관성계에서 운동량의 총합은 항상 변하지 않고 보존된다. 여러 개의 물체로 이루어진 계의 경우, 물체끼리 충돌할 때 각각의 운동량은 바뀌지만 결국 전체의 총합은 변하지 않는다. 이것을 이용하여 충돌 후의 속력 변화를 계산할 수 있다.

완전탄성충돌 뿐 아니라 비탄성충돌이 일어나도 전체의 운동량은 보존된다. 반면 운동에너지는 완전탄성충돌의 경우만 보존되고, 비탄성충돌의 경우에는 열에너지, 소리에너지 등으로 전환되어 감소한다. 그러나 이때 열과 소리 등을 모두 더한 전체의 에너지는 보존된다. (에너지 보존법칙)
 
운동량 보존과 작용·반작용
운동의 제3법칙인 작용·반작용의 법칙은 운동량 보존법칙에 의해 자연스럽게 유도된다. 예를 들어 두 물체가 충돌할 때를 생각해 보자. 운동량 보존법칙에 의해 충돌 전후에 두 물체 전체의 운동량은 변하지 않는다. 그러므로 두 물체의 운동량의 변화량은 서로 크기가 같고 방향이 반대이다. 운동량의 변화량은 곧 충격량이고, 충격량은 힘과 시간의 곱이다. 충돌시간은 두 물체에 동일하므로 두 물체에 작용한 힘(충격력) 또한 크기가 같고 방향이 반대이다. 이와 같이 두 물체가 서로 힘을 작용하는 경우, 운동량 보존에 의해 각각이 받는 충격량은 크기가 같고 방향이 반대이다. 힘을 작용하는 시간이 같으므로 각각의 물체가 받는 힘 또한 크기는 같고 방향은 반대이다. 이것을 작용·반작용의 법칙이라고 한다.