[물리학]힘의 3요소(힘의 크기, 힘의 방향, 힘의 작용점)

물체의 운동 상태를 변화시켜 주거나 물체의 모양을 변형시켜 주는 원인이 되는 것을 힘이라고 한다.

 

이러한 힘의 작용을 알기 위해서는 힘의 크기, 방향, 작용점을 알아야 하며, 이 3가지를 힘의 3요소라고 한다.

 

 

그럼 힘의 3요소에 대해 알아보겠다. 예를 하나 들어보자.

출처 : http://www.kookje.co.kr

다음과 같이 축구공을 차기 직전의 상황을 가정해보자.

 

이 축구공을 같은 힘과 같은 방향으로 차더라도 어디를 차느냐에 따라서 축구공이 가는 방향이 달라진다. 가운데를 차면 가운데로 갈 것이고 옆부분을 찬다면 공이 회전해서 다른 방향으로 갈 것이다. 

공의 가운데와 공의 옆부분. 그렇다 이것들이 작용점이 되는 것이다. 공을 차는 부위. 그것이 힘의 작용점이다.

 

참고로 힘의 작용점을 지나 힘의 방향으로 연장시킨 직선을 작용선이라고 한다.

변형되지 않는 물체에서는 같은 작용선 상에서 힘의 작용점을 이동시켜도 힘의 효과는 같다. 

 

힘의 크기는 말 그대로 힘의 크기이다. 

힘의 크기가 클수록 같은 작용점, 같은 방향으로 축구공을 차도 멀리 날아갈 것이다.

이 힘의 크기를 객관적으로 어떤 방법으로 확인할 수 있을까?

출처 : proi.edupia.com

바로 용수철을 이용하는 것이다.

용수철이 늘어난 길이가 가해진 힘에 비례한다는 것을 이용하면 우리는 힘의 크기를 육안으로 확인할 수 있다.

 

 

그렇다면 이러한 힘을 그림으로 도식해보자. 앞서 올린 사진을 다시 가져와보자.

 

힘의 작용점에 화살의 꼬리를, 힘의 방향으로 화살의 머리가 향하게 하고 힘의 크기에 비례하는 화살의 길이를 그리자.

그리고 힘은 크기와 방향을 갖는 벡터 값이다. 방향성을 나타내기 위해서 힘을 나타내는 알파벳 F 위에

 

요렇게 화살표를 하나 붙여주자.