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뉴턴의 제 1 법칙 |
ㅇ 관성
-. 원래의 상태를 그대로 유지하려는 성질
-. 변화를 거부하는 성질
-. 관성이 클수록 변화를 잘 안함
-. 관성의 크기를 숫자로 나타낸 것이 질량
ㅇ 관성이 나타난 경우
-. 달리던 버스가 급정거하면 앞으로 넘어진다.
-. 브레이크를 급히 밟아도 차가 앞으로 밀린다.
-. 트럭이 급커브를 돌면 가득 실은 짐들이 도로로 쏟아진다.
-. 컵 아래의 얇은 종이를 갑자기 빠르고 세게 당기면 컵은 그 자리에 가만히 있다.
ㅇ 관성을 이용한 경우
-. 담요를 흔들어 먼지를 턴다.
-. 망치머리가 헐렁해진 망치를 아래로 두들기다가 갑자기 멈추면
망치머리가 자루에 꽉 낀다.
ㅇ 뉴턴의 제 1법칙 (관성의 법칙)
외부에서 힘이 가해지지 않는 한 모든 물체는 자기의 상태를 그대로 유지하려고 한다.
즉, 정지한 물체는 영원히 정지한 채로 있으려고 하며
운동하던 물체는 영원히 등속 직선운동을 계속 하려고 한다.
속력과 방향이 변하지 않는다.
ㅇ 외력이 가해지면 어떻게 될까?
1) 정지해 있던 물체 ; 움직이기 시작한다.
2) 운동하던 물체 ; 운동속력이 변한다
-. 점점 빨라지거나 ; 가속도 >0
-. 점점 느려지거나 ; 가속도 <0
3) 운동 방향이 변한다.
ㅇ 착각하기 쉬운 경우
운동하는 물체가 그 빠르기(속력)로 계속 같은 방향으로 운동하는 경우는
속도의 변화가 없으므로 외부에서 힘(외력)이 작용한 것이 아님
[문제1] 아래 그림과 같이 천장에 실로 무거운 쇠추를 매달아 놓았다.
줄을 갑자기 잡아 당길 때와 서서히 잡아 당길 때 실의 어느 부분이 끊어질까 ?
[풀이] 갑자기 잡아 당길 때 ; 추의 아래 부분 실(B)이 끊어짐
왜냐하면 갑자기 잡아당기면 무거운 쇠추 부분은 관성이 커서
힘을 통과시키지 않아 위 부분의 실에 힘이 전달되지 않는다.
결국 모든 힘이 아래 부분의 실에 작용하여 아래 실이 끊어진다.
천천히 잡아 당길 때 ; 추의 위 부분의 실(A)이 끊어짐
서서히 잡아 당기면 힘이 무거운 추를 지나서 위 부분의 실까지
영향을 미쳐 위 부분의 실에 아래에 있는 무거운 쇠추의 무게까지
가세가 되므로 위 실은 그 당기는 힘에 못이겨 끊어진다.
[문제2] 아래 그림처럼 마찰이 없는 곡면을 만들어 쇠공을 굴렸다.
(가)와 (나) 경우에 쇠공은 처음 위치에 있던 높이 만큼 올라갔다.
그러면 (다) 경우 처럼 한쪽을 무한 평면으로 뻗어놓으면 쇠공의 운동은 ?
[풀이] 위 실험은 갈릴레이가 생각한 사고실험(생각으로 하는 실험)이다.
마찰이 없다고 했으므로 쇠공은 중력 이외에 아무런 힝이 작용하지 않고 있다.
(가)와 (나)의 경우 쇠공은 중력에 의해 원래 위치의 높이만킁 올라간다.
따라서, 그림에서 보듯이 (가)보다 (나)의 곡면에서 쇠공은 좀 더 멀리까지 간다.
결국, 곡면의 커브를 완만하게 할수록 쇠공은 더욱 멀리까지 굴러갈 것이다.
(다) 경우에는 곡면이 무한 평면으로 뻗어 있으므로 쇠공은 영원히 계속 굴러갈 것이다.
갈릴레오는 이러한 생각으로 다음과 같은 결론을 얻었다.
" 마찰이 없는 수평면에서 운동하는 물체는 중력이외에 다른 힘이
작용하지 않는 한 영원히 등속 직선운동을 할 것이다."