물리1 힘과 뉴턴의 운동 법칙

물리1 힘과 뉴턴의 운동 법칙입니다.

문제를 푸는데 가장 중요한 포인트는 크게 두 가지입니다.

첫 번째 보이는 힘 표시

두 번째 전체 힘=전체 질량x전체 가속도 식 세우기

이렇게 하는 것이 중요합니다.

무슨 말인지 차근차근 알아보겠습니다.

contents

힘이란?

아이작 뉴턴(Sir Isaac Newton)의 사과 이야기를 아시나요?

뉴턴이 사과가 나무에서 떨어지는 것을 보고 만유인력의 법칙을 깨달았다는 이야기입니다.

이 때 나오는 만유인력(萬有引力)은 힘입니다.

물리1 힘이라고 하는 것들은 모두 여기서 시작입니다.

질량이 있는 모든 물체 사이에는 서로 끌어당기는 힘이 있다는 개념입니다.

여기서 중요한 것은 질량이 있는 모든 물체 사이입니다.

질량이 매우 작아도 만유인력이 작용한다는 것입니다.

그래서 이 힘이 작용하면 물체의 모양이나 운동 상태가 변하게 된다는 것입니다.

이번 단원에서 나오는 힘과 앞에서 배운 단원을(여러가지 운동) 같이 출제하는 문제들이 많습니다.

두 단원을 어떻게 엮는지 보면 뉴턴의 제 1,2,3 운동 법칙으로 엮습니다.

그럼 뉴턴의 제 1,2,3 운동 법칙이 어떤 것인지 보겠습니다.

물리1 힘에서 뉴턴의 운동 법칙

제 1법칙 관성의 법칙

정지해있는 물체는 계속 정지하려는 상태를, 운동 중인 물체는 그 운동 상태를 계속 유지하려는 성질을 뜻합니다.

여러분은 이 관성의 법칙이 매우 당연하게 생각해야 합니다.

아주 자연스럽다고 받아들여야 하는 것입니다.

자연현상을 보면 물체는 계속 현재 운동 상태를 유지하려고 합니다.

그래서 우주에서 움직이는 물체는 평생 쭉 등속 직선 운동합니다.

이 내용은 물리1 2단원 전자기 유도 현상에서 또 다루니까 꼭 기억해 두겠습니다.

제 2법칙 가속도 법칙

F=ma, 에프는 엠 에이 들어봤나요?

고등학교에서 문과가 아닌, 이과를 다닌 사람은 모두 알고 있는 너무 유명한 식입니다.

사실 F=ma는 뉴턴의 운동 제 2법칙(가속도 법칙)입니다.

물체의 가속도는 힘의 크기와 비례하고 질량의 크기와는 반비례 한다는 식입니다.

가속도 법칙을 통해서 우린 힘(F)에 대해 정의했습니다.

F=ma 힘의 단위는 [kg x m/s^2]입니다.

단위는 항상 쓰는 것인데 너무 길어요.

쓰기 불편합니다.

그래서 우린 [kg x m/s^2]을 줄여서 [N](뉴턴)을 사용합니다.

[N]이라고 쓰고 뉴턴이라고 읽습니다.

제 3법칙 작용-반작용 법칙

물리1 힘과 뉴턴의 운동 법칙에서 두 가지 이상의 물체가 나오면 자주 등장하는 개념입니다.

두 가지 이상의 물체가 서로 주고 받은 힘입니다.

힘을 받은 물체는 힘을 가한 물체에 크기는 같고 방향이 반대인 힘을 되돌려 줍니다.

내용은 사실 별거 없습니다. 다만 문제가 많이 어려울 뿐입니다.

지금까지 힘과 뉴턴의 운동 법칙 개념에 대해서 정리했습니다.

이제 문제 푸는 방법을 알아볼까요?

물리1 힘 문제 푸는 방법

1. 문제에서 보이는 힘을 모두 표시합니다

중력, 수직 항력, 장력, 전기력, 자기력 기타 등등 문제에서 주는 힘(여러분들 눈에 보이는 모든 힘)들을 모두 표시합니다.

이 때 문제에서 주어진 상황을 제대로 이해하는 것이 중요합니다.

상황을 제대로 이해하지 못하면 힘을 그릴 수가 없습니다.

vt그래프 그리는 연습을 하듯이 보이는 힘 표시 연습도 꾸준히 합니다.

2. 전체 힘 = 전체 질량 x 전체 가속도 식을 세웁니다

보이는 힘을 모두 표시 했으면 한 쪽에 전체 힘 = 전체 질량 x 전체 가속도 식을 세웁니다.

물체 전체를 한 덩어리로 본다고 생각하고 식을 세우면 됩니다.

3. 각각의 힘 = 각각의 질량 x 각각의 가속도 식을 세웁니다

이제 진짜 문제 푸는 핵심 요령입니다.

각각의 힘 = 각각의 질량 x 각각의 가속도 식을 세웁니다.

그럼 이제 보기의 ㄱ,ㄴ,ㄷ 들이 하나 하나 풀립니다.

어떻게 적용하는지 궁금하면 예전에 유튜브 자이노 zyno에 올린 힘과 운동 법칙 문제 풀이 영상을 찾아보세요.

이제 개념과 문제 푸는 법을 알았으니까 어떤 상황이 주어지는지 알아보겠습니다.

물리1 힘의 대표적인 문제 유형

1. 수평면 위에 나무 도막들을 놓고 미는 상황입니다

나무 도막 1개 또는 2개 이상 올려 놓고 외부 힘이 작용해서 밉니다.

아니면 중간에 실로 연결해서 당길 수도 있습니다.

나무 도막을 옆에 놓을 뿐만 아니라 위에 놓을 수도 있습니다.

이 때 중요한 포인트는 각각의 힘을 볼 때 작용-반작용 관계를 꼭 생각하고 보세요.

즉 나무 도막들 사이에서 서로 주고 받은 힘을 정확히 이해해야 합니다.

2. 도르래와 함께 나오는 물체

한쪽 벽에 실을 고정 시키고 반대 쪽에 도르래 한 개를 놓은 상황입니다.

아니면 양쪽에 도르래를 놓은 상황입니다.

이 때 중요한 포인트는 줄의 장력입니다.

줄의 장력을 다르게 말하면 텐션(Tention) 줄이 얼마나 팽팽한지 나타내는 것입니다.

장력이 헷갈린다면 용수철 저울에서 측정 되는 값으로 생각해도 됩니다.

이 줄의 장력을 표시할 때는 항상 양쪽에서 당기는 것이기 때문에 장력은 두 군데에 표시해야 합니다.

3. 작용-반작용 법칙 심화편

빌딩 유리 청소 하시는 분이 나오거나 줄다리기를 하거나 아니면 스케이트를 타고 서로 밉니다.

보통 일상생활에서 봤을 것 같은 상황입니다.

하지만 우리가 딱히 작용이 어떻게 되고 반작용이 어떻게 되는지 궁금하지는 않았던 그런 상황을 그림으로 보여줍니다.

여기서 작용-반작용 관계를 찾으라고 합니다.

문제가 엄청 어려운 킬러 문제들은 아니지만 일상생활에서 물리를 떠올려 보라는 문제 같아서 기분이 좋진 않습니다.

교과 과정에서 자세하게 다루지는 않지만 수직 항력의 개념이 이 때 잘 나옵니다.

지금까지 물리1 힘과 뉴턴의 운동 법칙의 기본적인 내용과 문제 풀이 방법과 문제에 자주 등장하는 예시에 대해서 이야기했습니다.

내용을 다시 정리해 보겠습니다.