왜 힘에 그렇게 주의를 기울이는가? 그 이유는 힘이 운동을 바꾸기 때문입니다.
물체에 작용하는 충분한 힘을 알면, 가속도를 계산하여 운동을 결정할 수 있습니다.
이 섹션에서는 하나의 힘만이 물체에 작용하는 몇 가지 간단한 예로 Newton
의 제2의 법칙에 익숙해진다.
5-2절에서 Newton의 두 번째 법칙을 설명했습니다.
질량이 일정한 물체에 대해서
법칙은
F알=ma(5-3)
의 형태이다.
제2법칙에 대한 이 표현은 타당한가? 확실히.보다 질량이 크
물체에 정해진 가속도를 일으키려면 더 큰 힘이 필요합니다 (그림 5-11a).이
식 5-3이 표현한다.
a의 정해진 값에 대해 물체를 가속
필요한 힘은 물체의 질량에 비례합니다.
또한 정해진 질량에 대해서는,
클수록 가속도가 크다(그림 5-116). 역시 이것도 이 식이 표현하고 있다.
즉,
정해진 m에 대해, 알차 힘 F 알차와 가속도 a는 서로 비례한다.
힘과 가속도가 벡터 양이기 때문에 Newton의 법칙은 벡터 식입니다.
의심하기를 바랍니다.
그러므로 뉴턴의 법칙으로 표현된 힘과 가속도 사이에
비례 관계에는 두 가지 의미가 있습니다.
가속도의 크기는 힘의 크기에 비례하며,
가속도는 힘과 같은 방향입니다.
여기서 Newton의 두 번째 법칙을 몇 가지 간단한 예에 적용하여 알려지지 않은 힘을
결정하여 질량을 측정하고 물체에 작용하는 힘을 줄 때의 물체운동을
예측에 이 법칙을 어떻게 사용할 수 있는지 설명합니다.
제6장에서는 복수의 상호작용을 포함한 보다 복잡한 경우
아이디어를 확장할 수 있는지 여부를 알 수 있습니다.
그림 5-11 (a) 두 물체의 가속도
같아지기 위해서는 질량이 큰 쪽에 큰 힘
이 작용해야 한다.
(b) 두 물체의
질량이 같으면 더 큰 힘을 받는 쪽
가속도가 크
힘을 측정하는 처방으로 제2 법칙을 이용하였다.
반대로 물체에 작용하는 힘
일단 결정되면, 물체의 가속도를 계산할 수 있으므로 그 움직임을 예측할 수 있습니다.
우주선을 목성으로 보내 새로운 항공기에 적합한 엔진을 설계하고 고속도로
위에서 승용차 사이의 안전 거리를 결정하기 위해 Newton의 법칙을 이용
것입니다.
또한 강풍에 대한 초고층 건물의 반응을 분석하고 위성의 위치와 위성의 공식
“eclipse”를 예측하고 더 나은 테니스 라켓을 개발하는 데 도움이됩니다.
F 알차
=ma가 고전 물리학의 모든 것을 맡고 있다고 해도 그다지 엄격한 과장은 아니다.
Newton의 법칙의 세 번째 사용법은 힘과 가속도를 측정하여 알려지지 않은 질량을
결정하는 것이다.
이 방법은 무중력 상태(5-5절 참조)에서 기존 질량 측정
방법을 댄서로 만드는 우주선 안에서 사용될 수 있다.
질량과 무게: 중력
Newton의 두 번째 법칙은 질량이 운동 변화에 대한 물체의 저항, 즉 관성입니다.
측도임을 나타냅니다.
질량은 물체 고유의 특성이며, 장소 및 기타 환경에
의존하지 않는다.
내 질량이 65kg이면 내가 지구에 있는지 운동
우주선 안에 있는지, 달에 있는지, 운하 먼 곳에 있는지 항상 65kg입니다.
이것은 내가 어디에 있든 1m/s²의 가속도를 생성하기 위해 65N
힘이 필요한 것을 의미한다.
일반적으로 “중량”이라는 용어는 질량과 같은 의미로 작성되지만 물리학에서는 무게
(weight)는 힘-중력이 물체에 작용하는 힘-의 명칭이다.
지구 표면 부근에서
물체는 9.8m/s²의 가속도로 아래 방향으로 자유 낙하한다.
이 가속도 벡터를 g로
표시한다.
그 후, Newton의 제2법칙 F=ma에 의해 질량m의 물체에
작용하는 중력은 mg이다.
이 힘은 물체의 무게입니다.
W = mg(중량)(5-5)
내 질량이 65kg인 경우 지구 표면 부근에서의 무게는 (65kg)(9.8m/s²) 즉,
640N입니다.
중력의 가속도가 1.6m/s²인 달에서 내 무게는 100N입니다.
중력을 작용하는 물체에서 멀리 떨어진 은하 사이의 공간에서,
무게는 실제로 0입니다.
질량과 무게를 혼동하는 한 가지 이유는 “무게”를 표시하기 위해 SI 단위 kg
공통으로 사용하고 있기 때문이다.
병원에서 ‘무게’가 55kg이라고 들었다
적이 있을 것이다.
이렇게 말하지 말라.질량은 55kg이지만 무게는
(55kg) (9.8m/s²) 즉 540N입니다.
영국 단위계에서 힘 단위는 파운드이며 체중
파운드로 쓰는 것이 맞습니다.
질량의 영국 단위는 slug이지만 별로 쓰지 않습니다.
질량과 중량을 혼동하는 것은 같은 위치에서 모든 물체의 중력 가속도
동일하다는 주목할만한 사실에 기인한다.
따라서 물체의 무게 – 중력으로 정의됩니다.
성질 – 질량 – 중력에 관계없는 관성을 기술하는 성질 -에 비례한다.
Galileo
낙하 실험에서 처음으로 추론된 중력과 관성의 관계는 20세기 초까지
일치하는 것처럼 보였다.
궁극적으로 Albert Einstein은 일반 상대성 이론의 중력과
가속의 현상을 긴밀하게 연결하는 방식으로,이 간단한 관계는 시공간
기본이 되는 기하학을 반영하는 것을 밝혔다.
무게를 중력 가속도로 정의했지만 체중이 있기 때문에 물체가 가속됩니다.
있을 필요는 없다.
예를 들어 의자에 앉으면 중력이 아래로
mg의 힘을 당신에게 작용한다.
이 힘 mg는 당신의 무게이다.
당신이 가속
되는 것을 방지하기 위해 의자가 위쪽으로 힘을 가한다.
사실 이 힘은 당신과 의자
사이에 작용하는 힘과 몸의 나머지 부분을 지원하는 근육
힘들고,이 다양한 힘으로 당신의 체중을 느낍니다.