2. 힘과 운동 / 만유인력의 법칙, 뉴턴의 운동 제 2법칙

힘과 운동 법칙 

[뉴턴의 운동 제 2법칙]

- 고전 역학 : 절대 공간과 시간으로 가정한 물체의 운동을 다룬다

- 힘과 가속도 : 정지한 물체가 힘을 받으면 움직이기 시작하고, 계속해서 힘을 받으면 점점 빨라진다.

- 뉴턴의 운동법칙(제2법칙) : 가속도의 크기와 힘의 크기는 비례한다. F=ma

- 질량 : 운동 상태가 변하는 것에 저항하는 고유한 특성

- 힘과 가속도의 벡터 표현 : 가속도와 힘은 같은 방향

- 질량과 힘의 단위 (질량 kg : 킬로그램 원기) (힘N : 1kg 질량을 가진 물체가 1㎨의 가속도를 내는 힘

- 중력과 무게 

   중력 : 지구가 물체에 작용하는 만유인력

   무게 : 질량이 있는 물체에 작용하는 중력이고 질량에 정확히 비례한다

- 중력을 이용한 질량 측정

   관성질량 : 같은 힘을 주어 가속도 비교 

   중력질량 : 무게 비교

- 등가성 원리 

   중력은 가속되는 계의 관성력과 완전히 동등함

    -> 중력에 의한 빛의 휘어짐, 공간 휘어짐 현상

여러 가지 힘 

- 수직항력, 부력, 마찰력, 탄성력, 전기력, 자기력 => 힘의 근원은 전기력이다

- 탄성력 

   외부 힘을 받는 고정된 물체가 외력에 대응하는 힘(복원력)

   후크의 법칙 : 물체의 변형된 크기와 작용하는 힘 간의 비례관계 F=kx

- 수직항력 : 수직 방향으로 서로 밀어내는 방향으로 작용하는 탄성력 

- 부력 : 유체 속에 들어 있는 물체를 유체가 띄워 올리는 힘

- 장력 : 늘어날 때 작용하는 힘 

- 여러 힘의 합력 : 물체에 여러 힘이 동시에 작용할 때, 물체에 작용하는 더해진 전체 힘

- 4가지 기본 힘 : 중력, 전자기력, 강력, 약력

 

뉴턴의 운동 제 2법칙의 적용

- 뉴턴의 운동 제 2법칙의 적용 3단계

   질량이 있는 물체 파악, 물체에 작용하는 힘 파악, 물체에 운동방정식 적용

- 수직으로 던진 공 

  : 중력 때문에 점점 느려지다가 멈춘 후 다시 지표면으로 떨어짐

- 밧줄로 연결된 두 물체 : 각 물체에 뉴턴의 운동법칙을 적용함

- 도르래에 연결된 물체 : 두 물체가 밧줄로 도르래에 연결됨

- 경사면에서 미끄러지는 물체 : 운동 방향 성분을 분리하여 운동 법칙을 적용한다.

 

 

마찰력

- 물체가 다른 물체와 접촉하여 운동할 때, 운동을 방해하는 방향으로 작용하는 힘 : 정지마찰력, 운동마찰력

- 마찰력의 세기 : 물체의 접촉면의 면적에 무관하고, 마찰계수와 수직항력에 따라 달라짐.

- 저항력 : 공기 분자나 거친 표면 충돌에 의해 발생하는 힘

- 종단속도 : 공중에서 떨어지는 물체는 어느 한계에 이르면, 공기 저항력 때문에 가속되지 않고 일정한 속도로 떨어지게 된다.

- 뉴턴의 운동 제 3법칙 : 두 물체 간의 작용-반작용

 

지표면 근처의 공간 운동 

- 수평으로 던진 물체의 운동 : 수평 방향은 등속도 운동이고, 수직 방향은 등가속도 운동이다.

등속 원운동에서의 가속도 

- 등속 원운동에서의 가속도 계산

    속도 벡터 : 운동 궤적의 접선 방향

    속도 변화량 벡터 : 중심을 향함(가속도의 방향)

-구심력의 계산 : 물체가 등가속도 원운동을 하기 위해 중심쪽으로 향하는 힘

 

 

만유인력의 법칙 

- 만유인력 : 질량이 있는 모든 물체 사이에서 작용하는 힘(중력) 

- 인공위성의 운동 

   뉴턴의 사고실험 : 적절한 빠르기로 물체를 던지면 영원히 지구를 돌 수 있음 

   인공위성의 속도 : 원심력=만유인력

- 바닷물의 조수 현상 : 달의 인력과 지구의 운동으로 하루에 두 번 발생함

- 관성력 : 가속되고 있는 계의 내부에서 나타나는 힘 

   원심력 : 원운동에서의 관성력