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뉴턴 제 3 법칙 |
ㅇ 뉴턴의 제 3법칙 [작용과 반작용의 법칙]
A물체가 B물체에게 힘을 가하면(작용) B물체 역시 A물체에게
똑같은 크기의 힘을 가한다.(반작용)
ㅇ 작용과 반작용의 예
-. 주먹으로 책상을 치면 주먹이 아프다.(주먹과 책상)
-. 로케트가 가스를 분출하여 앞으로 날아간다.(로켓과 가스입자)
-. 총을 쏘면 총이 뒤로 밀린다.(총과 총알)
-. 지구와 달 사이의 만유 인력(지구와 달)
-. 건너편 언덕을 막대기로 밀면 배가 강가에서 멀어진다.(언덕과 배)
-. 땅을 디디고 힘차게 걷는다.(땅과 신발)
ㅇ 작용과 반작용에서 꼭 기억해야 할 것들
-. 작용과 반작용은 크기가 같고 방향은 반대이다.
-. 작용점은 항상 상대편 물체 내에 있다. 즉, 상대편 물체 내에 힘을 가한다는 뜻임
* 주먹의 힘이 책상 속에 작용하여 책상의 나무가 일부 부서지며
책상의 반작용 힘이 내 주먹 내에 작용하여 주먹에 상처가 난다.
주먹은 책상 내부에 책상은 주먹 내부에 각각 작용점을 둔 것이다.
-. 작용과 반작용은 항상 두 물체에 서로 영향을 미쳐 작용하므로
각각의 물체에서 균형을 이룰 수가 없으므로 평형이 될 수가 없다.
-. 힘의 평형은 오직 한 물체에 작용한 힘들이 이루는 것이므로
서로 상쇄되어 평형을 이룰 수가 있다.
-. 작용과 반작용은 두 물체가 직접 닿아도 되고 생기고
멀리 공간에 떨어져 있어도 성립된다.(만유 인력, 전기력, 자기력도 작용과 반작용임)
ㅇ 작용과 반작용 / 힘의 평형을 구별하기
-. 아래 그림처럼 책상 위에 있는 책의 경우를 상상해보자
[힘의 평형] 책의 무게와 책상이 책을 떠 받치는 힘(수직항력)
* 책의 무게중심도 책의 내부에 책상이 책에게 미친 힘이 작용한
작용점도 책의 내부에 있다. 즉, 동일한 책 속에 영향을 주는
두 힘이므로 힘의 평형관계에 있을 뿐이지 작용과 반작용이 아님
[작용과 반작용] 책의 무게와 책이 지구를 당기는 힘(만유 인력)
* 책의 무게는 지구가 책을 당기는 만유 인력이다.
* 책은 지구 내부에 당기는 힘을, 지구는 책 내부에 당기는 힘을 가하므로
힘은 각각 다른 물체에 작용하므로 작용과 반작용임(책과 지구)
[작용과 반작용] 책상이 책을 떠 받치는 힘(수직항력)과 책이 책상을 누르는 힘
* 책상은 책의 내부에 힘을 가하여 책을 위로 움직이게 하고
책은 책상 내부에 힘을 가하여 책상이 밑으로 움직이도록 한다.(책과 책상)
하지만 책의 무게가 책이 위로 움직이지 못하도록 균형(힘의 평형)을 잡고
땅바닥이 책상이 밑으로 못 움직이게 균형을 이루어 책이나 책상은 그 자리에
가만히 있다.
[문제1] 수평인 얼음판 위에서 질량 60kg인 어른과 질량 30kg인 어린이가 서로 밀었다.
어린이가 1 m/s ²의 가속도로 밀렸다. 이 때 어른의 가속도는 ?
[풀이] 서로 미는 것은 작용과 반작용에 해당하므로 두 사람 모두 같은 크기의 힘을 받는다.
어린이가 받은 힘 = 가속도 x 질량 = 1 x 30 = 30 N
어른이 받는 힘도 같은 30N이므로 어른의 가속도는
30 = 가속도 x 질량 = 가속도 x 60 ---> 가속도 = 0.5 m/s ²
결국 어른의 가속도는 0.5 m/s ²
[문제2] 그림과 같이 질량 2 kg인 수레 (가)와 질량 3kg인 수레(나)를
용수철로 연결한 후 두 수레를 최대한 밀어 용수철을 압축시킨 후
놓았더니 수레 (가)의 가속도가 3 m/s ²였다면 수레(나)의
가속도는 얼마인가 ?
[풀이] 작용과 반작용에 해당하므로 두 수레가 받는 힘은 서로 같다.
2 kg x 3 m/s ² = 3 kg x (나)의 가속도
따라서, (나)의 가속도 = 2 m/s ²