내가 밀면 너도 미는 작용 반작용의 법칙

뉴턴의 운동 법칙은 세가지가 있습니다. 첫째 관성의 법칙, 둘째 가속도의 법칙, 셋째 작용반작용의 법칙이 있습니다. 모두가 우리 일상생활과 관련이 많지만 우리에게 가장 중요한 것은 작용 반작용의 법칙인거 같습니다. 관성의 법칙을 보면 일단 모든 물체는 정지해 있는 것이 없습니다. 지금 옆에 놓여있는 컵이라던가 의자가 가만히 있다고 생각할 수 있습니다. 그런데 움직일까요? 아닙니다. 지구가 움직이고 있습니다. 어느 하나 가만히 있는 것은 없습니다. 항상 본인의 운동상태를 유지하려는 성질이 관성의 법칙입니다. 그렇다면 이렇게 움직이는 모든 것들이 평생 혼자만의 길을 간다면 다행이지만 결국 이동경로가 겹치게 되고 만나서 작용을 하게 됩니다. 이때 가속도의 법칙이 생깁니다. 힘을 받고 가속도가 생기는 것입니다. 예를 들어 공두개가 있습니다. 서로 잘 날아가다가 부딪히게 됩니다. 그러면 서로 방향과 속력이 틀려지게 됩니다. 그리고 다시 등속도운동을 하게 됩니다. 이때 가속도의 법칙과 중요한 작용 반작용 이 일어납니다.

정의

일상생활의 예

 더 많은 예를 들어 볼 수 있습니다. 곧 우리나라에서 동계올림픽이 열립니다. 종목중에 쇼트트랙이 있습니다. 계주를 하는데 달리기에서처럼 바톤터치를 엉덩이를 밀어주는 것을 대신합니다. 이 때도 작용 반작용이 일어납니다. 물론 가속도의 법칙과 관성의 법칙도 착용 합니다. 축구를 생각해 봅시다. 공을 발로 차면 발에 충격이 오는데 이것이 공이 나에게 주는 반작용 힘입니다. 이 힘이 오는 것은 내가 공에게 힘을 주었고 그 힘만큼 다시 나에게 주기 때문입니다. 야구공을 배트로 치면 손목에 충격이 오는 것도 그렇습니다. 수영을 할때 벽을 차고 반대로 가는것을 생각 해 볼 수 있습니다. 수영을 하면서 가던 속도와 발로 벽을 차는 힘만큼 벽이 수영하는 사람에게 힘을 주어서 반대로 다시 수영을 할 수 있습니다. 이처럼 많은 곳에서 작용 반작용을 볼 수 있습니다.

힘의 평형과의 비교

 어느 한 물체가 다른 물체에 힘을 작용하면 힘을 받은 물체도 반대로 받은만큼 힘을 작용하는데 이 것을 "작용 반작용의 법칙"이라고 합니다. 뉴턴의 운동 제3법칙입니다. 이것을 수식으로 표현하면 Fab=-Fba 입니다. Fab는 a가 b에게 작용한 힘이고, -Fba는 b가 a에게 작용한 힘입니다. 먼저 3법칙과 비슷해서 헷갈릴 수 있는 힘의 평형을 알아보겠습니다. 모든 힘의 합이 0일때를 힘이 평형을 이루었다고 말합니다. 힘의 평형이 일어날 조건을 살펴보겠습니다. 첫째 두힘의 방향은 반대이어야 합니다. 둘째 두힘의 크기는 같아야 합니다. 셋째 두힘의 작용선상이 같아야 합니다. 작용반작용법칙도 이 조건과 같습니다. 그러나 다른 한가지가 있습니다. 상자가 있다고 생각해 봅시다. 이 상자를 A와 B가 서로 당기고 있는데 움직이지 않고 있습니다. 이런 상황을 힘의 평형이 이루어져 있다고 합니다. 이번에는 상자 두개가 붙어 있습니다. 역시 두개의 상자를 A는 왼쪽에서 B는 오른쪽에서 밀고 있습니다. 이때가 A와B는 작용 반작용이 일어나는 것입니다. 힘의 평형은 힘의 작용접이 같습니다. 작용반작용은 힘의 작용점이 틀립니다. 이것이 가장 큰 차이점 입니다.

문제 예시

 A와B두물체가 있습니다. A는4kg이고 B는6kg이라고 할때, B쪽에서 10N의 힘으로 밀어다고 하면 가속도a는 얼마이고 두물체 사이의 힘은 얼마일까요? 마찰력은0이라고 가정한다. F=ma이므로 (4+6)a=10이 되고 따라서 a=1m/s²이 됩니다. 둘사이에 작용반작용 힘은 B를 움직이는 6N을 쓰고 남은 힘으로 A를 미는 힘으로 쓰게 됩니다. 그래서 4N이 됩니다. 작용 반작용은 끈이나 어떤것으로 연결이 되어 있으면 붙어 있는것과 같다고 생각하면 편합니다. 도르레를 생각할 때에도 중력이 있지만 중력은 평형일 때 끌거나 미는 힘으로 생각하고 문제에 접근 한다면 쉽게 문제를 풀 수 있습니다. 단 마찰력이 없다는 가정하에 그렇습니다. 마찰력이 있다면 문제는 또 달라지지만 작용 반작용 개념만 생각하다면 그렇습니다. 책상위에 사과가 있습니다. 이때는 사과와 지구가 작용반작용의 힘을 받고 사과와 책상은 힘의 평형을 이루는 것입니다. 힘의 평형과 작용반작용의 개념만 잡는 다면 비슷한 일이 잇을 때 다양하게 응용할 수 있습니다. 지금은 일반상대성 이론이 있지만 예전에는 뉴턴의 운동 법칙이 정답이라고 살았습니다. 그렇기 때문에 꼭 알아두고 넘어가야할 중요한 법칙입니다. 감사합니다.