[물리학]속력과 속도

속력과 속도는 물체의 빠르기를 말할 때 쓰이지만 둘은 다른 개념이다. 속력과 속도에 대해 하나하나 알아가 보자.

 

1.속력

속력이란 단위 시간 동안에 물체가 이동한 거리를 뜻한다.  여기서 거리란 출발점에서 도착점까지의 경로(이동경로)를 의미한다. 물체가 시간 t(초) 동안에 이동한 거리가 s(m) 일 때 물체의 속력 v는 이렇게 정의된다. 속력은 방향이 없는 크기만을 나타내는 값이다. 이것이 속도랑의 차이점이다.

 

자동차를 타고 부산에서 서울까지 가는 경우, 속력은 시시각각으로 변할 것이다. 그렇게 때문에 물체의 속력은 평균 속력과 순간 속력으로 구분하게 된다. 대부분 물체의 속력을 구하는 경우 평균 속력을 구하게 된다.

 

1) 평균 속력

정의를 내리자면 평균 속력은 빠르기가 변하는 운동에서의 평균적인 속력이다. 운동하는 도중 빠르기의 변화는 무시하고, 총 이동한 거리를 그동안에 걸린 시간으로 나누어 구한다.

거리 - 시간 그래프

2) 순간 속력

순간 속력은 매우 짧은 시간 동안의 평균 속력을 말한다. 식을 쓰면

거리-시간 그래프에서 접선의 기울기가 순간 속력이다.

순간속력 = 점에서의 접선의 기울기

2. 속도

물체의 단위 시간당의 변위를 속도라고 한다. 변위란 출발점을 기준으로 할 때 도착점까지의 직선거리(최단거리)를 말한다. 거리와 변위의 차이는 방향의 정의다. 거리는 방향이 정의되지 않는 물리량이고 속도는 방향의 정의되는 값이다.

무슨 말인지 살펴보자.

사람이 A에서 B까지 파란색 경로로 움직였다고 생각해보자. 이동한 거리는 파란색 경로가 될 것이다. 하지만 파란색 경로는 최단거리가 아니다. A와 B를 이어주는 직선이 최단거리가 될 것이다. 그래서 사람이 움직인 변위는 A와 B를 이어주는 직선이 된다.  속도의 특징을 정리하면 다음과 같다.

속도의 크기 : 변위/걸린 시간 속도의 방향 : 처음 출발점에서 최종 도착점을 향하는 직선 방향 속도의 단위 : [m/s]

속력이 같아도 운동 방향이 다르면 속도는 다르다. 한쪽 운동 방향의 속도를 +로 표시하면, 정반대 운동 방향의 속도는 -로 나타낸다. 어떻게 이동했느냐에 따라 속력은 100m/s일지라도 속도는 0m/s이 될 수 있다.

다음의 경우를 보자.

빨간색 별표에서 사람이 한 바퀴를 돌아 다시 빨간색 별표로 돌아온다고 생각해보자. 원의 둘레를 10m라 가정하자.

이동한 거리는 당연히 10m가 될 것이다. 변위의 개념을 이해했다면 이 경우 변위가 0이라는 것을 쉽게 알 수 있다. 출발점과 도착점이 같기 때문이다. 그래서 속도는 0이 된다.

 

속도는 속력과 같은 수학적인 식을 적용 할 수 있다.

다만 속도의 식에서 s는 변위라는 것이다. 그것만 빼면 속력과 같은 단위를 써서 표현할 수 있다.