뉴턴의 운동 제 3법칙 - 작용 반작용의 법칙

작용 반작용의 법칙은 일상생활에서 가장 많이 볼 수 있는 법칙 중 하나이다.

두 물체 사이에서 한 물체가 다른 물체에 힘을 가하면 동시에 두 물체 사이에서 작용과 반작용이 일어난다. 이때 작용과 반작용은 크기가 같고, 방향이 반대이며, 동일 직성 상에서 작용한다.

쉽게 이야기하면

한 물체가 다른 물체에 힘을 작용하면 다른 물체도 힘을 작용한 물체에 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 작용한다.

이를 작용 반작용의 법칙이라고 한다.

식으로 표현하면 다음과 같다. (-) 부호는 반대 방향을 의미한다.

 

 

작용 반작용 법칙은 여러 가지 사항을 따른다.

①작용 반작용은 물체가 정지하고 있거나 운동하고 있는 경우에도 성립한다.

②작용 반작용은 반드시 두 물체 사이에 작용하므로 한 물체에 작용하는 두 힘의 평형과는 다르다.

③작용 반작용은 모든 힘에 대하여 성립하며, 항상 한 쌍으로 존재한다.

④두 물체가 접촉하고 있거나 떨어져 있는 경우도 성립한다. EX)전기력, 만유인력 등

⑤작용과 반작용에 의해 생기는 가속도나 움직인 거리는 질량에 반비례한다.(운동 제 2법칙 F=ma)

그렇다면 작용 반작용의 예는 어떤 것이 있을까?

우선 교통사고. 덤프트럭과 경차가 부딪히면 경차는 스쳐도 박살 나지만 덤프트럭은 흠집조차 잘 안 난다.
작용반작용의 법칙에 따라 충돌 시 에너지양은 서로 같지만 차량의 질량이 다르기 때문이다.

 

지구와 달은 서로 만유인력이 작용한다.

 

지구와 달을 끌어당기면 달은 같은 크기의 힘으로 지구를 끌어당긴다. 지구와 달 뿐만이 아니라 그림에 있는 별들 또한 하나의 물체로서 지구와 달과 서로 작용 반작용이 생긴다.

 

축구공과 볼링공과 바닥

여기있는 축구공과 볼링공은 땅바닥과의 작용 반작용이 적용된다. 공이 누르는 힘, 바닥이 공을 받치는 힘.

 

아주 간단한 예를 더 말하자면 걷는 것이다. 걷는것은 발의 마찰력과 사람의 다리 근육이 나아가려는 힘, 무게 중심, 중력 등이 합해진 작용에 대한 반작용으로 사람이 앞으로 나아갈 수 있는 것이다. 작용 반작용이 없었다면 아마 계속 넘어지고 다녔을 것이다.

 

다른 예시로 친구랑 둘이서 손바닥 치기 게임을 해보자. 둘의 손바닥이 힘껏 닿으면 둘이 뒤로 밀려날 것이다.. 여기서 작용 반작용의 개념을 다시 들고 와 보자..

한 물체가 다른 물체에 힘을 작용하면 다른 물체도 힘을 작용한 물체에 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 작용한다.

한 물체는 독자가 되는 것이고, 다른 물체는 친구가 되는 것이다. 그렇기에 서로 반대방향으로 밀려난다. 물론 밀려나는 거리는 차이가 있을 것이다. 서로 간의 질량이 다르기 때문이다.

이밖에도 물로켓을 쏜다던가, 군대가서 K2를 쏴보는 등 수많은 작용 반작용을 찾아볼 수 있다.

 

※힘의 평형 vs 작용 반작용

이 두 가지를 헷갈려하는 사람들이 간혹 있다. 둘은 얼핏 비슷해 보이나 전혀 다른 개념이다.

힘의 평형이란 물체가 정지해 있거나 일정한 속력으로 이동하는 경우 물체의 운동 상태가 변하지 않으므로 물체에 작용하는 힘은 평형 상태이다. 즉, 힘의 합력이 0이라는 소리다. 예를 들면 운동회에서 줄다리기를 해서 줄이 움직이지 않을 경우 왼쪽에서 당기는 힘과 오른쪽에서 당기는 힘이 같기 때문에 힘의 평형을 이루는 것이다. 이것만 보면 힘의 크기도 같고 방향도 반대니까 무슨 차이인지 모르겠다는 사람들이 있을 것이다.

 

결론부터 먼저 말하면

힘의 평형 : 한 물체에 작용하는 여러 가지 힘(작용점이 여러 개)의) 관계.

작용 반작용 : 두 물체에 서로 작용(작용점 한 개)하는) 두 힘의 관계.

 

 

힘의 평형과 작용 반작용을 한눈에 볼 수 있는 예시의 그림을 하나 그려봤다.

F₁ : 벽이 A를 미는 힘

F₂ : A가 벽을 미는 힘

F₃ : B가 벽을 미는 힘

F₄ : 벽이 B를 미는 힘이라고 놓을 시

F₁와 F₂ : 작용 반작용[두 물체(A와 벽) 사이에서) 서로가 같은 힘, 반대방향으로 밀었다.]

F₃와 F₄ : 작용 반작용[두 물체(B와 벽) 사이에서) 서로가 같은 힘, 반대방향으로 밀었다.]

F₂와 F₃ : 힘의 평형[한 물체(벽)에 여러 가지 힘(A가 벽을 미는 힘, B가 벽을 미는 힘)이 작용하여 힘의 평형을 이루었다.]

 

그래도 모르겠다면 정의를 좀 더 천천히 읽은 후 머릿속에 그려보자.