안녕하세요.
제주도에서 중·고등학생을 대상으로 개인&그룹 과학수업을 하고 있는 달빛과학 입니다.
투수가 던진 공을 타자가 받아칩니다. 공은 배트에 맞는 순간 모양도 변하고, 운동 방향도 반대로 바뀝니다. 이렇게 물체의 모양과 운동 상태를 변화시키는 원인은 무엇일까요?
중학교 1학년 3단원 「힘과 운동」은 물리 분야의 기초를 다지는 중요한 단원입니다. 과학에서 말하는 힘이란 무엇인지 정확하게 이해해보도록 합시다 ^^
*** 힘 [force]
여러분, 아침 일찍 일어나 학교에 가고, 많은 과목을 공부하느라 정말 힘드시죠?
꿈을 위해 달려가는 여러분에게 힘을 내시라고 외치고 싶습니다!
뜬금없는 응원인가요? 하하 ^^;;
공부하느라 '힘'들다 / '힘'내라
여기서 말하는 '힘'은 과학에서의 힘이 아닙니다.
우리가 앞으로 배울 '힘 [force]'은 '과학에서의 힘'입니다.
과학에서 말하는 '힘'은 정확한 정의가 있답니다.
■ 힘의 정의
과학에서의 힘은 다음과 같이 정의됩니다.
물체의 모양이나 운동 상태(속도, 방향)를 변화시키는 원인
이 정의를 꼭!! 기억하셔야 합니다.
거꾸로 생각해보면 물체의 모양이나 운동 상태가 변하지 않는다면 힘이 작용하지 않은 것이라고 볼 수 있다는 이야기죠.
■ 힘의 효과
물체에 힘을 작용하면 물체의 모양이 변하거나, 속도, 방향이 변합니다.
처음 사진처럼 타자가 공을 치면 공의 모양도 변하고, 공의 속도와 방향도 변합니다.
그래서 '힘이 작용했다'라고 말할 수 있습니다. 다른 예를 또 들어볼까요?
- 굴러오는 축구공을 발로 정지시켰다. (운동 상태의 변화)
- 음료수 캔을 찌그려트렸다. (모양의 변화)
이러한 변화가 바로 힘이 작용한 효과라고 볼 수 있습니다.
■ 힘의 표시
힘을 표시할 때는 간단히 화살표로 표시를 합니다.
이때 꼭 3가지를 표시해주어야 합니다.
▶ 힘의 3요소
- 작용점: 힘을 주는 지점
- 크기: 힘의 세기
- 방향: 힘이 작용하는 방향
화살표의 시작점을 힘의 작용점,
화살표의 방향을 힘의 방향,
화살표의 길이를 힘의 크기,
이렇게 힘을 간단하게 표시할 수 있죠 ^^
힘의 3요소 중 하나만 변화해도 힘의 효과는 다르게 나타납니다.
아래 그림처럼 똑같은 크기와 방향의 힘을 주더라도 작용점이 달라지면 힘의 효과가 달라지죠.
■ 힘의 상호작용
상호작용[相互作用]에서 상호[相互]는 '서로'라는 뜻의 한자입니다.
힘의 상호작용이란 두 물체가 서로 힘을 주어 작용한다라는 뜻이에요.
간단히 정의하면 이렇게 말할 수 있습니다.
A가 B에 힘을 주면, B도 A에 힘을 준다
같은 크기 힘이 서로 반대 방향으로 작용합니다.
여러가지 예를 통해 힘의 상호작용을 이해해봅시다.
사람이 벽을 민다고 생각해봅시다.
사람이 벽에 힘을 가하는데, 벽은 무너지지 않습니다. 왜 그럴까요?
사람이 벽을 미는 힘 만큼, 반대 방향으로 벽도 사람을 밀어내기 때문입니다.
같은 크기의 힘이 서로 반대방향으로 작용합니다.
로켓이 하늘로 올라가는 것도 힘의 상호작용 결과입니다.
로켓이 연소 가스를 이용해 아래로 밀어내는 힘을 작용하면, 같은 크기의 힘으로 연소 가스가 로켓을 위로 밀어올리는 거죠.
우리가 길을 걸을 수 있는 것도 상호작용하는 힘이 있기 때문이에요.
발이 땅을 밀면, 반대로 땅도 발을 밀어내서 우리가 앞으로 갈 수 있는 겁니다.
이제 힘의 상호작용에 대해 이해가 되시나요?
*** 힘의 단위: 뉴턴[N, newton]
과학에서 힘의 단위는 뉴턴[N]을 사용합니다.
이 단위는 유명한 영국의 물리학자, 뉴턴으로부터 유래한 것이죠.
아이작 뉴턴 [Isaac Newton, 1643~1727]
뉴턴의 과학적 업적은 이 자료에서 언급하기 힘들정도로 많습니다.
힘의 단위인 뉴턴은 1948년 제9차 국제도량형총회(Conférence générale des poids et mesures, CGPM)에서 이 위대한 과학자의 이름을 따서 붙여졌다고 합니다.
1N의 힘의 크기가 어느정도인지 궁금하시죠?
질량이 100g 정도 되는 물체를 바닥에서 들어올릴 때 여러분이 느끼는 무게가 대략 1N 정도 된다고 합니다 ^^
이 시간 이후로 배울 여러가지 힘에서 사용할 단위 N(뉴턴)을 꼭 기억해주세요.
'과학에서의 힘이란 무엇인가'는 물리학 공부의 시작점이라고 할 수 있습니다.
다시 기억해볼까요? 과학에서의 힘이란 무엇인가요?
물체의 모양이나 운동상태를 변화시키는 원인
누군가 갑자기 물어보더라도 명확하게 대답하실 수 있도록 꼭 기억하시길 바랍니다.
*** 여러가지 힘
1학년 과정에서 우리가 배울 힘의 종류는 6가지 입니다.
1) 중력 [gravity, 重力]
2) 자기력 [magnetic force, 磁氣力]
3) 전기력 [electric force, 電氣力]
4) 탄성력 [elasticity force, 彈性力]
5) 마찰력 [frictional force, 摩擦力]
6) 부력 [buoyancy, 浮力]
다음 시간부터 '중력'이라는 힘부터 차근차근 공부해봅시다 ^^
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