【2022 물리학 | 고전역학】 뉴턴의 운동법칙: 가속도와 작용-반작용

Newton의 운동 제2법칙

마찰이 없는 수평면을 가로질러, 질량을 가진 물체를 미는 실험을 하면 아래와 같은 결과를 얻을 수 있다.

① 물체에 수평방향으로 힘 F를 가하면 물체는 가속도 a만큼 가속된다.

② 이때 힘의 크기(F)를 3배로 만들면 3a만큼의 가속도 크기를 갖는다. 즉, 가속도는 물체에 작용한 힘과 비례한다.

- 비례식으로 로 표현할 수 있다.

- 물체의 가속도 크기가 질량에 반비례하는 비례식 a∝1/m과 관계식 F∝a를 아래와 같이 조합할 수 있다.

- 의미: 물체의 가속도는 그 물체에 작용하는 알짜힘에 비례하고 물체의 질량에는 반비례한다.

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e.g. 기차와 같이 연결된 물체는 연결된 각각의 물체가 같은 가속도를 가진다.

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운동방정식 사용 시 유의점

① 운동방정식에 나타난 힘은 한 물체에 존재하는 모든 힘의 벡터 합(resultant)이다.

② 물체의 속력이 빛의 속력에 비해 매우 작을 때만 성립한다. ⇒ 뮤온(muon; 우주를 구성하는 기본입자 중 하나)과 같이 빛의 속력에 근사한 물질에 대해서는 일반적인 운동학 식 대신 상대성이론을 적용한다.

③ 물체에 작용하는 힘은 많으나 물체의 가속도는 단 하나뿐이다. ⇒ 알짜 힘과 마찬가지로 물체의 가속도 역시 (여러 힘들에 의한)가속도의 벡터 합과 같다.

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무게에서 언급한 것처럼 힘의 단위는 N(Newton)이다. 1뉴턴은 1[kg]의 물체를 1[m/s^2]으로 가속하는 힘의 표준단위이다.

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1뉴턴은 근사적으로 (1/4)파운드와 같다.

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Newton의 운동 제3법칙

그림 3. 작용과 반작용 사례

 

두 물체가 상호작용할 때 물체 1이 물체 2에 작용한 힘은, 물체 2가 물체 1에 작용한 힘과 크기는 같고 방향은 정반대이다.

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작용력과 반작용력은 서로 같은 종류의 힘이지만 다른 물체에 작용하는 것이 특징이다.