물체는 변화에 저항합니다

뉴턴의 첫 번째 법칙

정지된 물체는 정지된 상태로 유지되고, 운동 중인 물체는 같은 속도와 같은 방향으로 계속 운동합니다 — 균형 잡히지 않은 힘이 작용하지 않는 한.

이 성질을 관성이라고 합니다. 우주의 모든 것은 그 운동이 변하는 것에 저항합니다.

테이블 위에 앉아 있는 책은 무언가가 그것을 밀지 않는 한 영원히 그 자리에 앉아 있을 것입니다. 마찰이 없는 얼음 위에서 미끄러지는 하키 퍼크는 무언가가 그것을 멈추지 않는 한 일직선으로 영원히 미끄러질 것입니다.

이것은 혁명적이었습니다. 뉴턴 이전에 사람들은 물체가 자연적으로 느려진다고 가정했습니다. 뉴턴은 느려지는 것이 자연스럽지 않다는 것을 깨달았습니다 — 그것은 마찰과 공기 저항과 같은 힘이 있을 때만 발생합니다.

일상에서의 관성

당신은 매일 관성을 경험합니다

안전벨트는 관성 때문에 존재합니다. 자동차가 갑자기 멈출 때, 당신은 자동차와 함께 멈추지 않습니다 — 당신의 몸은 자동차의 원래 속도로 계속 앞으로 움직입니다. 안전벨트는 당신을 멈추는 균형 잡히지 않은 힘입니다.

테이블보 매직은 관성 때문에 작동합니다. 접시들은 정지된 상태이고 움직이는 것에 저항합니다. 테이블보를 충분히 빠르게 당기면, 마찰은 접시들을 가속할 시간이 없으며, 그들은 제 자리에 머무릅니다.

땅 위의 축구공은 누군가가 그것을 차기까지 완벽하게 정지된 상태로 유지됩니다. 그것은 움직이려고 하는 욕망이 없고, 움직이려는 경향이 없습니다. 그것은 완전히 무관심합니다.

힘은 질량 곱하기 가속도와 같습니다

뉴턴의 두 번째 법칙

힘은 질량 곱하기 가속도와 같습니다: F = ma

이것은 모든 물리학에서 가장 유용한 방정식입니다. 그것은 당신에게 한 번에 세 가지를 알려줍니다:

1. 물체에 가하는 힘이 클수록, 그것이 가속도가 커집니다(속도가 빨라지거나, 느려지거나, 방향이 바뀝니다).

2. 물체가 가진 질량이 클수록, 같은 힘에 대해 덜 가속됩니다.

3. 세 값 중 두 개를 알면 — 힘, 질량, 또는 가속도 — 세 번째를 계산할 수 있습니다.

질량은 물체가 포함하고 있는 물질의 양입니다. 킬로그램(kg)으로 측정됩니다.

가속도는 속도가 얼마나 빠르게 변하는지입니다. 초당 제곱미터(m/s²)로 측정됩니다.

힘은 뉴턴(N)으로 측정됩니다 — 예, 단위의 이름은 그에게서 지어졌습니다.

F = ma 적용하기

카트 밀기

이 시나리오를 생각해 보세요: 당신은 슈퍼마켓에 있습니다. 당신은 빈 쇼핑카트를 밀고, 그것은 쉽게 굴러갑니다. 그러면 당신은 무거운 식료품으로 카트를 채우고 같은 힘으로 밉니다.

모든 작용에는 같은 크기의 반대 반작용이 있습니다

뉴턴의 세 번째 법칙

모든 작용에는 같은 크기의 반대 반작용이 있습니다.

이것은 힘이 항상 쌍으로 온다는 것을 의미합니다. 당신은 밀지 않고 밀릴 수 없습니다.

당신이 걸을 때, 당신의 발은 땅을 뒤로 밀고, 땅은 당신을 앞으로 밉니다. 그 앞으로의 밀기가 당신을 움직입니다.

로켓이 발사할 때, 그것은 땅이나 공기에 밀지 않습니다. 그것은 엄청난 속도로 아래로 뜨거운 가스를 던지고, 가스는 같은 힘으로 로켓을 위로 밉니다 — 위쪽으로.

당신이 수영할 때, 당신의 손은 물을 뒤로 밀고, 물은 당신을 앞으로 밉니다.

힘은 항상 크기가 같고 방향이 반대입니다. 항상.

지구에서 뛰어오르기

마음을 흔드는 질문

당신이 뛸 때, 당신의 다리는 지구를 아래로 밉니다. 뉴턴의 세 번째 법칙에 따르면, 지구는 같은 힘으로 당신을 위로 밉니다 — 이것이 당신을 공중으로 띄웁니다.

하지만 이상한 부분이 있습니다: 당신이 지구를 아래로 밀면, 그리고 지구가 당신을 위로 밀면, 그러면 힘은 같습니다. 당신은 위로 날아갑니다. 그래서 지구는 아래로 움직여야 합니다.

보편적 중력

뉴턴의 보편적 중력 법칙

뉴턴은 나무에서 떨어지는 사과를 움직이게 하는 같은 힘이 달을 지구 주위를 공전하게 한다는 것을 깨달았습니다.

질량을 가진 모든 물체는 질량을 가진 다른 모든 물체에 끌립니다. 끌어당김의 강도는 두 가지에 달려 있습니다:

1. 질량: 더 많은 질량을 가진 물체가 더 강하게 끌어당깁니다.

2. 거리: 더 멀리 떨어진 물체들이 더 약하게 끌어당깁니다. 거리의 제곱과 함께 힘이 떨어집니다 — 두 배 멀면 끌어당김이 사분의 일입니다.

무게 대 질량

질량은 당신 안의 물질의 양입니다. 당신이 어디에 있든 변하지 않습니다.

무게는 당신의 질량에 작용하는 중력의 힘입니다. 당신이 어디에 있는지에 따라 변합니다.

달 위에서, 당신은 같은 질량을 가지고 있지만 육분의 일의 무게를 가지고 있습니다. 달의 중력이 더 약하기 때문입니다.

달은 왜 떨어지지 않을까요?

떨어지고 있습니다 — 계속. 하지만 그것은 또한 옆으로 매우 빠르게 움직이고 있어서 약간 떨어질 때 지구의 표면이 그 아래로 굽어져 있습니다. 그것은 계속 떨어지고 계속 땅을 놓칩니다. 그것이 궤도입니다: 영원히 떨어지고 땅을 놓치는 것.

무중력이지만 중력이 없는 것은 아닙니다

우주 정거장 퍼즐

국제우주정거장의 우주인들은 무중력인 것처럼 주변을 떠다닙니다. 당신은 아마도 비디오를 봤을 것입니다 — 그들은 굴러다니고, 물이 떠다니는 덩어리를 만들고, 아무것도 떨어지지 않습니다.

여기 놀라운 사실이 있습니다: ISS는 지구 위 약 400km에서 궤도를 돌고 있습니다. 그 고도에서, 중력은 여전히 표면보다 약 90% 정도 강합니다.

현실 세계에서의 뉴턴 법칙

공학과 스포츠의 힘

지구상의 모든 구조, 차량, 그리고 스포츠는 뉴턴의 법칙을 따릅니다.

다리는 모든 힘을 균형 맞게 유지하여 제 자리에 있어야 합니다(첫 번째 법칙). 엔지니어들은 교통의 무게(두 번째 법칙)를 계산하고 모든 지지물이 같은 힘으로 밀어주도록 합니다(세 번째 법칙).

로켓은 순전히 세 번째 법칙으로 작동합니다 — 한 방향으로 질량을 던져 다른 방향으로 가속합니다. 우주에는 공기가 없어서 밀 것이 없습니다. 배기가스는 아래로 가고, 로켓은 위로 갑니다.

스포츠는 응용 물리학입니다. 야구 배트는 공에 힘을 전달합니다(두 번째 법칙). 단거리 선수는 시작 블록에서 뒤로 밀고 블록은 그들을 앞으로 밉니다(세 번째 법칙). 하키 퍼크는 최소한의 마찰을 가진 얼음을 가로질러 미끄러지며, 첫 번째 법칙을 보여줍니다.

엔지니어가 자동차, 다리, 또는 우주선을 설계할 때마다, 그들은 뉴턴의 방정식을 풀고 있습니다.

당신이 좋아하는 스포츠의 물리학

당신의 차례

이제 배운 것을 적용하세요.