뉴턴 운동 법칙Ⅱ(힘의 평형, 운동 방정식)

물리학Ⅰ 전개도

아웃라인

핵심 개념

①힘의 평형 관계 ②운동 방정식

목표 기출 문제

19년도 10월 학평 물리1 2번

답: 2번

 

21년도 9월 모평 물리1 9번

답: 2번

 

20년도 3월 학평 물리학1 4번

답: 2번

 

21년도 4월 학평 물리학1 10번

답: 2번

1. 두 힘이 이루는 관계

작용 반작용 관계와 평형 관계 비교

작용 반작용 관계인 두 힘	평형 관계인 두 힘

공통점 - 두 힘의 크기가 같고, 방향이 반대이다.

차이점 - 작용 반작용 관계인 두 힘은 각각 다른 물체에 작용하지만 평형 관계인 두 힘은 한 물체에 작용한다.

문제 상황에서 두 힘의 관계 정의하기

F1과 F2를 자세히 보라. 주어와 목적어가 바뀐 관계다. 그러니 F1과 F2는 작용 반작용 관계다.

F3, F4도 마찬가지다.

 

F2와 F4를 자세히 보라. 이 두 힘은 한 물체 즉, 책에 작용하는 힘이고 방향이 반대다. 게다가 책이 지금 정지해 있다. 그 말은 즉슨, 책에 작용하는 알짜힘이 0이다. 따라서 F2와 F4는 평형 관계다.

2. 운동 방정식

지금까지 배워온 역학적 룰을 이용하여 본격적으로 물체의 운동을 분석할 단계가 됐다. '운동 방정식'이라 지칭하는 이유는 'F=ma'라는 기본 형태의 방정식 여러 개를 연립하여 답을 찾아가는 과정이 수학에서의 연립 방정식 풀이 과정과 유사하기 때문이다.

 

다양한 상황의 물체에 작용하는 모든 힘들을 모조리 찾아내는 것은 물론이거니와 상황에 따른 역학적 룰을 알고 있어야 방정식을 정의하기가 쉽기 때문에 다음 설명을 잘 이해한 뒤에 스스로 적용 및 응용해보길 바란다.

1) 물체끼리 접촉돼있는 경우

두 물체에 힘이 작용할 때 물체의 경계에서 물체끼리 부서지지 않는 한 같이 움직이므로 두 물체의 가속도는 같다. 이때 가속도의 값을 구하기 위해서는 두 개의 식이 필요하다.

2) 물체가 실로 연결된 경우

실로 연결된 두 물체에 힘이 작용하면 두 물체를 잇는 실이 팽팽해지는데 이때 실 전체에 장력 T이 생긴다.

장력은 실이 잡아당기는 힘이다. 그렇기 때문에 실은 B를 왼쪽으로 잡아당기고, A를 오른쪽으로 잡아당긴다.

이 경우에도 실이 끊어지지 않는 한 두 물체는 같이 움직이기 때문에 두 물체의 가속도는 같다. 이제 방정식을 세워보도록 하자.

ⓛ도르래

②빗면

 

도전 기출 문제

22년도 6월 모평 물리학1 8번

답: 3번

 

19년도 수능 물리1 18번

답: 1번