1-1-4. 힘과 마찰력 - 물리

1 - 1 - 4. 힘과 마찰력

[ 힘의 평형 / 수직항력 / 마찰력 / 최대정지마찰력 / 운동 마찰력 ]

[힘의 평형]

힘이란 뭔가 작용하여 느낄 수 있는 변화를 유발하는 것이죠. 상대의 주먹이

내 얼굴의 변화를 가져와서 코가 얼얼해지고 붉은 액체가 흐른다고 했을 때

분명히 힘이 존재하고 에너지가 작용한 것이죠. 힘은 에너지라고 생각해도 무방합니다.

힘의 3요소가 있습니다. 크기와 방향과 작용점입니다. 힘은 방향이 있으므로

벡타량입니다. 따라서 상쇄시킬 수가 있습니다. 즉, 효과를 없앨 수 있다는 이야깁니다.

스칼라는 상쇄시킬 수가 없습니다. 이리 주어도 100원 저리 주어도 100원입니다.

밑에서 위로 올려서 준다고 100원이 만원이 되는 것은 아닙니다.

그러나 벡타는 효과를 없앨 수 있습니다. 상대의 날아오는 주먹에 판자를 갖다대면

나는 주먹 충격의 효과를 안 느낄 수 있습니다. 물론 판자는 주먹진행 방향에 갖다

대야 합니다. 주먹은 얼굴 쪽으로 날아오는데 판자를 히프쪽에 갖다 대는 바보는

없을 것입니다. 방향이 중요하다는 애깁니다. 왜냐면 힘은 벡타이기 때문입니다.

같은 원리로 여러 가지 힘의 방향과 크기를 조절하면 힘의 효과에서 벗어날 수

있습니다. 이것이 힘의 평형입니다. 즉, 힘이 균형을 이룬 것이죠.

지구가 당기는 힘과 (무게) 책상이 받치는 힘(수직항력)이 평형을 이루므로

책상 위에 책이 가만히 있습니다. 만약 책상을 치우면 책상의 받치는 힘이 없어진

꼴이므로 힘의 균형이 깨져 책은 더 이상 가만히 있지 못하고 방바닥으로 떨어집니다.

잠시후 책의 무게(지구가 당기는 힘)와 방바닥의 수직항력이 균형을 이루므로

책은 방바닥에 가만히 있습니다. 방바닥을 치우면 책은 역시 지구 중심쪽으로

계속 떨어질 것입니다.

우리가 걷는 것도 중력과 땅바닥이 버텨주는 수직항력이 균형을 이룬 덕분입니다.

[수직항력]

자 그러면 수직항력의 정확한 개념을 살펴봅시다.

책이 책상을 누룹니다. 물론 지구가 책을 잡아 당기는 무게 때문입니다.

책이 책상을 누르는 힘에 대한 반작용으로 책과 접촉한 면에 수직 방향으로

책상이 책을 밉니다. 이 힘을 수직항력이라고 합니다.

수직항력은 항상 접촉한 면에서만 작용합니다. 접촉한 면이 없으면 수직항력도

없습니다. 책이 책상을 누르지도 않았는데 책상이 책을 밀어낼 이유가 없습니다.

저 혼자 조용히 길 가는 사람을 이유없이 밀지는 않습니다. 그 사람이 나를 밀면

나도 대항하여 미는 것이죠.

수직항력의 작용 방향은 항상 접촉면의 수직입니다. 아 그러니까 수직항력이라고

하는 것이죠. 그러면 비탈로 미끄러지는 나무토막에는 수직항력이 접촉면에

수직으로 작용하므로 중력방향과 일치하지 않습니다. 마찰력을 구하려면

수직항력에 상수를 곱해야 하므로 수직항력의 방향과 크기를 잘 알아두세요.

[ 마찰력 ]

마찰력이란 접촉면에서 생기는 운동을 방해하는 힘입니다. 남 잘 되는 꼴을

못보는 것이죠. 어떻게 보면 성질 더럽다고도 볼 수 있지만 아주 훌륭한 기능을

수행하고 있습니다. 마찰력이 없으면 버스가 멈출 수가 없습니다. 결국 여러개로

분리된 버스를 보게 됩니다.

항상 반대 의견과 세력이 있기에 조화를 이루는 것입니다. 모두 다 같은 생각일

경우 좋을 것 같지만 아닙니다.그 생각이 잘못된 것이라면 재앙을 초래합니다.

항상 속도를 제어해줄 반대 세력과 생각이 필요합니다. 서로 다른 성향이 공존하며

조화를 이룰 때 문화의 다양성이 존재하고 사회는 진보해 나가는 것입니다.

마찰이 없는 사회는 죽은 사회입니다. 획일적이고 한가지밖에 없는 문화는

죽음의 문화입니다.

책상위의 책을 잡아당기면 처음부터 끌려 오지 않습니다. 책도 나름대로

자존심이 있습니다. 한껏 버팁니다. 더 세게 당기면 결국은 끌려옵니다.

책과 책상 사이의 마찰력이 작용하여 책이 버틴 것입니다. 세게 당길수록

강하게 버팁니다. 정지마찰력은 당기는 힘에 비례해 커집니다.

그러나 버티는 한계를 넘어서면 포기하고 끌려갑니다. 최대로 버텼을 때를

최대 정지 마찰력이라고 합니다.

끌려가면서도 버티는 마찰력이 존재합니다. 이 마찰력을 운동마찰력이라고 합니다.

운동마찰력은 일정합니다. 마찰력은 다음처럼 계산합니다.

정지마찰력 = 정지마찰계수 x 수직항력

최대정지마찰력 = 최대정지 마찰계수 x 수직항력

운동마찰력 = 운동마찰계수 x 수직항력