우리 주변의 가속도의 법칙

 우리는 일상을 바쁘게 살아가고 있습니다. 하지만 그 어떤 사람도 같은 속도로 움직이고 일을 처리 하지는 않습니다. 얼마전 들어온 신입은 일처리가 느리고, 저기 부장님은 아침에 뭔가를 바쁘게 하시더니 무슨 전화를 받고 일을 안하고 계신다. 어제는 일찍 일어나서 천천히 출근을 했는데 오늘은 살짝 늦잠을 자는 바람에 불이나게 뛰어 왔습니다. 오늘은 일이 너무 많아고 저녁에 약속이 있어서 빨리 빨리 해야하는데 부장님이 표정이 안좋아서 빨리 퇴근을 할 수 잇을까 의문입니다. 이렇게 회사 안에만 들여다 봐도 속도가 다 다릅니다. 우리 주변에는 모든 것들의 속도가 다 다릅니다. 같은 속도로 움직이는 것들이 있고 점점 느리게 점점 빠르게 움직이는 것들도 있습니다. 주변에서 일어나는 가속도는 어떤관계가 있는지 뉴턴의 운동 제2법칙, 가속도의 법칙을 알아보겠습니다.

가속도의 법칙

 

 속도가 일정하게 계속 움직이는 물체는 계속 움직이려 하는 성질을 관성의 법칙이라고 합니다. 다시 말하면 모든 힘의 합이 0이면 가속도 a도 0이다.

∑F=0이면 a=0    (∑ : 합)

 

그렇다면 ∑F가 0이 아니면 가속도 a는 어떻게 될까요? a는 0이 아닙니다.

∑F≠0이면 a≠0

 

 다시 말하면 힘의 합이 0이라는 말은 알짜힘이 0이라는 말입니다. 아루런 힘을 받지 않는다는 것은 힘이 평형을 이루고 있다는 것입니다. 그런데 힘의 평형이 깨지면 속도를 갖는다. 움직인다는 말입니다. 방향을 바꾸거나 빨라지거나 느려지거나 하게 됩니다.

 

주변의 가속도의 법칙들

 

한가지 예를 들어 보겠습니다. 우리가 볼링장에서 볼링공을 굴린다고 생각해봅시다. 그리고 다시 같은 힘으로 테니스공을 굴린다고 하면 볼링공보다 테니스공이 더 빨리 굴러갈것입니다. 이말은 다시말하면 가속도는 질량이 클수록 작아지고 질량이 작을수록 가속도는 커지게 됩니다. 한가지 예를 더 들어 보겠습니다. 길을 걸어가는데 할아버지께서 수레를 끌고 언덕을 올라가시는 것을 보았습니다. 힘들어 보이시는 할아버지를 도와 뒤에서 밀어 드렸습니다. 수레는 더 빠르게 앞으로 나아갈 수 있었습니다. 그래서 쉽게 언덕을 올라갈 수 있었습니다. 여기에서는 가속도는 힘이 작을수록 작아지고 힘이 클수록 커진다는 것을 알 수 있습니다. 야구를 생각해본다면 공을 살살 던지면 속력이 작게 나오고 쎄게 던진다면 속력이 높게 나오는 것을 알 수 있습니다. 여기에서 운동방정식이 나옵니다.

∑F=ma

 

힘은 질량과 가속도에 비례합니다. 여기에서 가속도를 구할 수 있습니다.

a=∑F/m

 

그럼 힘∑F를 알고 가속도a를 알면 질량m을 구할 수도 있습니다.

m=∑F/a

 

중력가속도

 우리가 알고 있는 중력가속도를 뉴턴의 가속도의 법칙을 이용해서 살펴보겠습니다. 가속도a의 단위는 m/s²이고 질량m은 단위가 kg, 힘F는 단위가 N(뉴턴)입니다. F=ma를 단위를 넣어서 표현하면 1N(뉴턴)=1kgm/s²이라고 쓸수 있습니다. 1N은 1kg의 물체를 1m/s²로 가속 시키는데 드는 힘이라는 것을 알 수 있습니다. 중력가속도는 9.8N인데 이것은 1kg의 물체를 땅으로 떨어뜨리면 9.8m/s²의 가속도로 떨어지는 것을 알 수 있습니다.

 

 자 이제 정리하면 어떤 물체는 외부에서 힘이 작용하면 가속도를 갖게 됩니다. 다시 말해서 움직이는 물체를 뒤에서 밀면 가속도가 증가하고 반대로 앞에서 밀면 가속도가 감소하여 서게 됩니다. 가속도의 법칙을 우리가 일상생활에 적용하려면 F=ma를 기억하고 있으면 됩니다. 무거운 물체가 있는데 이것을 치우려고 합니다. 혼자서는 움직이는데 오래 걸립니다. 그럼 빠르게 움직여서 치우고 싶다면 두명 세명이 힘을 합쳐서 옮기면 빠르게 옮길 수 있습니다. 집에서 못을 박을 일이 있다고 생각해 봅시다. 가벼운 망치와 무거운 망치가 있습니다. 빨리 박고 싶다면 무거운 망치로 박으면 힘이 커져서 빨리 박을 수 있습니다. 망치가 하나만 있다면 톡톡 내려치지말고 빠르게 내려치면 힘이 커져서 잘 박힐 것입니다. 이처럼 많은 곳에서 가속도의 법칙을 적용 할 수가 있습니다. 당연한 것 같지만 F=ma를 기억한다면 더 쉽게 해결하고 이해 할 수 있을 것입니다. 감사합니다.