제이의 집

같은 길에서 볼링공과 축구공이 같은 속도로 굴러가고 있을 때 축구공을 멈추게 하는 것보다 질량이 큰 볼링공을 멈추게 하는 것이 더 힘들다. 그리고 축구에서 골키퍼가 골을 막을 경우 빠르게 날아오는 공을 손으로 막는 것이 느리게 날아오는 공을 손으로 막는 것보다 받는 충격이 더 크다. 이와 같이 운동하고 있는 물체의 질량이 크거나 속도가 빠를수록 운동 상태의 정도가 큰 것을 알 수 있다. 쉽게 말하면 운동량은 운동 방향으로 계속 운동하려는 성질의 물리량이다. 질량 m인 물체가 속도 v로 운동하고 있을 때 운동량 p는 다음과 같이 표현한다. 질량 m에 속도 v를 곱한 것이 바로 운동량 p이다. 속도는 방향을 갖고 있는 벡터량이기 때문에 운동량 또한 벡터량이고 방향은 속도의 방향과 같다. 운동량은 물체의 속도..

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. 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..

만유인력이란 두 물체가 서로 끌어당기는 힘을 말한다. 이 세상의 모든 물체는 서로를 끌어당기고 있다. 하지만 살면서 물체가 나를 끌어당긴다는 느낌은 들지 않았을 것이다. 지금 이 글을 보고 있는 독자들도 그렇게 느낄 것이다. 왜냐면 뉴턴의 제3법칙에 의하여 물체가 나를 끌어당기는 만큼 반작용으로 나도 물체를 끌어당기기 때문이다. 또한 자신을 기준으로 여러 가지 물체가 나를 끌어당겨 그 힘들이 평형을 이루기 때문이다. 만유인력의 크기는 두 물체의 질량의 곱에 비례하고 물체간의 거리의 제곱에 반비례한다. 이 관계와 식의 값을 보정하기 위한 중력상수 G를 포함하면 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 이 만유인력식을 통해서 중력을 구할 수 있다. 중력이란 지구와 물체 사이에 작용하는 만유인력을 의미한다. 만유..

원운동은 물체가 원둘레를 도는 운동을 의미한다. 원의 둘레를 따라 움직이지만 원운동에서 물체의 속도의 방향은 그 지점에서의 원의 접선 방향이다. 일반적으로 등속도 운동은 가속도가 생기지 않지만 등속 원운동의 경우는 다르다. 속도가 일정해도 방향의 변화가 생기기 때문에 그에 따른 가속도가 생긴다. 이 가속도를 구심가속도라고 하며 그 가속도에 의한 힘을 구심력이라고 한다. 구심력은 그 지점에서의 원의 접선방향과 수직이다. 다시 말해 구심력은 원의 중심을 향한다. 그리고 원운동에서는 구심력의 반대방향으로 느끼는 관성력도 존재하는데 이 관성력을 원심력이라고 한다. 원운동에서 접선 방향의 속도를 선속도(v)라고 하고 v=2πr/T로 표현할 수 있다. 원운동을 하면서 구심력의 방향은 계속 회전하게 된다. 그 단위시..

축구선수가 공을 차면 땅볼로 가지 않는 이상 다양한 모양의 포물선을 그리며 공이 날아갈 것이다. 어떠한 힘으로 어떠한 작용을 받으며 날아가는 것일까? 이때 축구공의 움직임을 포물선 운동이라고 할 수 있다. 그럼 포물선 운동이란 뭘까? 정의하면 일정한 크기와 방향을 가지는 힘이 작용하는 공간에서 물체가 힘의 방향과 일정 각도를 이루어 던졌을 때 포물선을 그리는 운동이다. 포물선 운동을 하는 물체에는 수평방향과 수직방향 총 2가지의 속도가 작용한다. 수직방향은 중력가속도의 영향을 받아서 등가속도 운동을 한다. 수평방향은 등속도 운동을 한다. 따라서 수평방향의 속도는 변하지 않고, 수직방향은 속도가 변한다. 그리고 포물선 운동을 할 때 물체의 속도의 크기는 두 속도 성분의 벡터의 합이 된다. 그림으로 살펴보자..

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..

1법칙 때도 말했지만 뉴턴은 오늘날 과학공부가 힘들어지게 만든 사람 중 한 명이다. 그중 가장 크게 공헌을 한 것은 아마도 2법칙이 아닐까 생각한다. 진지한 설명을 하자면 사람의 마음은 질량을 가지지 않기 때문에 중력 법칙의 따위는 적용되지 않는다. 이번에는 뉴턴의 제2법칙에 대해 알아보자. 뉴턴의 제 2법칙에서 말하는 것은 "외부에서 가해지는 힘은 물체의 운동 상태를 변화시킨다." 조금 쉽게 말해서 "어떤 질량의 물체에 힘 좀 주니까 가속도가 생겼다!" 이런 의미다. 그리고 이 법칙은 힘, 질량, 가속도간의 관계로 표현된다. 질량이 일정할 때 가속도의 크기는 힘의 크기에 비례하며(F ∝ a) 가속도가 일정할 때 질량의 크기는 힘의 크기에 비례하며(F ∝ m) 힘의 크기가 일정할 때 가속도의 크기는 질량..

역학에 있어서, 아니 과학에 있어서 절대 빼놓을 수 없는 사람이 있다. 바로 뉴턴이다. 뉴턴이라는 과학자에 대해서는 다음번에 자세하게 다뤄보도록 하겠다. 아무튼 우리가 과학공부가 빡쎄지는 것에 크게 공헌을 한 사람이다. 뉴턴의 3가지 법칙에 대해서는 많은 사람들이 들어봤을 거라고 생각한다. 그중 하나인 뉴턴의 제1법칙인 관성의 법칙에 대해 알아보자. 1. 관성? 관성이란 운동 상태의 변화에 대한 저항력이다. 쉽게 이야기하면 외부에서 힘이 가해지지 않는 한 물체는 자기의 상태를 그대로 유지하려고 하는 것을 말한다. 좀 더 쉽게 말하면 멈춰있는 물체는 계속 멈춰있으려고 하고 달리고 있던 물체는 계속 달리려고 하는 것. 그것이 바로 관성이다. 사람이 100m를 전력질주한다고 생각해보자. 딱 100m에서 멈추는..