02. 운동의 법칙(Laws of Motion)

 

2. 1. 운동의 법칙(Laws of Motion)

- 힘(Force, Vector): 물체의 모양이나 운동 상태를 변화시키는 원인.

 

- 힘의 단위: N, kgf (1kgf ≒ 9.8 N).

 

- 합력(ΣF): 물체에 여러 힘이 작용할 때 모든 힘을 합친 것.

 

 

- 뉴턴의 운동 제 1법칙: 관성의 법칙(The Law of Inertia).

 

1) 물체에 작용하는 합력이 0이면 정지해 있는 물체는 계속 정지하고, 운동 중인 물체는 등속직선운동을 할려고 한다.

 

2) 관성(Inertia): 물체가 원래의 운동 상태를 유지하려는 성질.

 

3) 질량이 클수록 관성도 커진다.

 

 

- 뉴턴의 운동 제 2법칙: 가속도의 법칙(the law of Acceleration).

 

1) 가속도(m/s²)는 물체에 작용한 합력 ΣF(N) 에 비례하고, 질량 m(kg)에 반비례한다.

 

2) a = F/m  ->  F = ma.

 

 

- 뉴턴의 운동 제 3법칙: 작용 반작용의 법칙(Law of Action and Reaction).

 

1) 한 물체가 다른 물체에 힘을 가하면 힘을 받은 물체도 힘을 가한 물체에 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 동시에 가한다.

 

2) 작용반작용의 힘의 크기는 같고, 힘의 방향은 반대이며, 힘의 작용점은 상대 물체에 있다.

 

---

 

2. 2. 운동량과 충격량(Momentum and Impulse)

 

- 운동량(Momentum, vector p): 운동하는 물체의 운동효과를 나타내는 양.

 

  p = mv [kg·m/s].

 

  운동량의 방향은 속도의 방향과 같다.

 

 

- 충격량(Impulse, vector I): 물체가 받은 충격의 정도를 나타내는 양.

 

   I = Ft [N·s].

 

  충격량의 방향은 힘의 방향과 같다.

 

- 충격량 = 운동량의 변화량 = 나중운동량 - 처음운동량

 

  = 충격력 X 시간.

 

- 충격력(Impact Force): 물체가 충돌할 때 받는 힘의 크기. F = Δp/Δt.

 

---

 

2. 3. 일과 에너지(Work and Energy)

 

- 일(Work): 물체에 힘을 작용하여 힘의 방향으로 물체를 이동시켰을 때.

 

  일 = Fs. [J, N·m]

 

- 힘이 0이거나, 이동거리가 0이거나, 힘의 방향과 이동방향이 수직일 때 한 일은 0이 된다.

 

- 일률(Power): 단위 시간 동안 한 일.

 

  일률(P) = 일 / t [W, J/s].

 

- 에너지(Energy, Scalar): 일을 할 수 있는 능력. [J]

 

- Kinetic Energy (E_k) = (1/2) mv². [J]

 

- Potential Energy (E_p) = mgh. [J]

 

- 물체에 작용한 합력이 한 일은 운동에너지 변화량과 같다.

 

- 역학적 에너지(Mechanical Energy): E_k + E_p.

 

역학적 에너지는 이상적인 상황에서 보존된다.

---