여러 가지 물체의 운동 ⓛ (변위, 속도, 가속도)

물리학Ⅰ 전개도

해와 달 -  조성모

https://youtu.be/iCunQ2esdK4

난 이제 가는 길이야. 널 또 못 본 채로

내가 떠나야 올 수 있는 넌데 늘 숨박꼭질 하듯 엇갈리잖아.
아마 세상이 끝나기 전에는 늘 이러겠지.

 

소원이 있어.
차라리 내가 지금 아주 작은 별이라면
슬픈 이별은 하지 않아도 될텐데

보고싶은 마음 모아서 너 오면 보라고 노을로 남길게.

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그저 천체의 주기적인 궤도 운동에 지나지 않는 자연 현상이 서로 어긋나는 인연의 슬픈 사랑 이야기로 승화할 수 있었던 건 인간의 사유에 있지 않을까? 이처럼 인간의 사유는 천상과 지상 사이에 다리를 놓는 역할을 해왔었다. 물리학1에서도 해와 달의 이야기, 비스무리한 거 있다. 천상에서 행성의 타원 공전 궤도와 지상에서 물체의 포물선 궤도의 기하학적 단일성을 포착하여 궤도를 도는 것은 떨어지는 것의 한 형식임을 이해한 뉴턴의 이야기이다. 이 단원에서는 물체가 운동할 때 보이는 궤적을 분류하고, 그러한 운동을 기술하기 위해 필요한 언어(변위, 속도, 가속도)에 대해 알아본다.

판서 조직도

목표 기출 문제

19년도 9월 학평 물리1(고2) 1번

답: 4번

 

22년도 9월 모평 물리학1 1번

답: 1번

1. 운동의 표현

1) 변위와 이동거리

'변위 d(distance)'란 물체의 출발점에서 도착점까지 잇는 직선 경로이며, '이동거리'는 물체가 실질적으로 이동한 거리다.

이에 의거하여 A, B, C의 이동거리는 모두 다르지만, 변위는 모두 동일하다.

2) 속도와 속력

위 공식의 '이동거리' 자리에 '변위'를 대신 넣으면 '속도 v(velocity)'를 구하는 공식이 된다. 방향 정보를 갖는 '변위'를 시간으로 나눴기 때문에 '속도'도 방향 정보를 갖는다.

2초 동안 자동차의 변위는 +22m이다. 2초 동안 변위가 +22m이므로 자동차의 속도는 +11m/s이다. 

평균 속도

물체의 속도가 일정치 않을 때, 어느 시간 동안의 평균적인 속도를 구하고 싶다면 물체가 움직인 총시간으로 전체 변위를 나누어 구한다.

3) 가속도

'가속도 a(acceleration)'란 일정 시간 대비 속도 변화를 나타내는 물리량이다. 

가속도도 방향 정보를 가진다. 그래서 가속도의 방향을 (+)와 (-)로 나타낸다. 위 그림에서 물체의 가속도 방향(속도 변화량 방향)은 (+)이다.

속도감을 즐기는 인류, 콘텐츠의 시대

속도감은 속도의 변화, 즉 가속도다. 근대 이래로 인류가 속도를 추구했던 건 사실이다. 그러나 더 이상 빨라질 수 없는 국면에 다다르자, 인류는 속도 대신 속도감에 빠져들었다. 모빌리티의 한계가 모바일에 의해 무너졌다. 스마트폰과 통신망은 한시라도 지루함을 참을 수 없는 인류에게 온라인 경험을 제공한다. 그로 인해 온라인 경험은 인간의 행동 양식을 바꾸게 됐다. 그렇다면 속도감을 느낄 수 있게 해주는 요인은 무엇일까? 바로 콘텐츠다. 속도는 기술의 문제지만, 속도감은 콘텐츠의 몫이다. 디지털 대전환기, 기술의 시대에서 콘텐츠의 시대로 전환되었다는 말의 진짜 의미가 이것이다.

2. 운동의 종류

1) 속력과 운동 방향이 모두 일정 - 등속 직선 운동

(좌) 컨베이어 벨트 (우) 에스컬레이터

속도-시간 그래프에서 기울기 아래 면적이 변위인 이유

속도-시간 그래프의 기울기 아래 면적이 변위일 수밖에 없는 이유는 '단위'를 보면 이해가 가능하다. 속도-시간 그래프의 기울기 아래 면적은 '속도(m/s)X시간(s)'인데 단위에서 초(s)가 약분되고 변위(m)만 남게 된다. 따라서 기울기 아래 면적은 변위(m)를 의미한다. 등속 직선 운동뿐만이 아니라 모든 운동의 속도-시간 그래프의 기울기 아래 면적은 변위를 의미한다.

2) 운동 방향만 변함 - 등속 원운동

회전목마

속도의 크기(속력)는 일정하겠지만 방향이 계속 변하기 때문에 속도가 변하는 가속도 운동이다.

3) 속력과 운동 방향이 모두 변함

ⓛ진자 운동

②포물선 운동

속도의 크기(속력)와 방향 모두 계속 변하기 때문에 속도가 변하는 가속도 운동이다.

4) 속력만 변함

방향이 변하지는 않지만 속도의 크기(속력)가 계속 변하고 있으므로 가속도 운동이다.

 

2023.03.06 - [2023 물리학I 톺아보기] - 여러 가지 물체의 운동 ② (등가속도 직선 운동)

여러 가지 물체의 운동 ② (등가속도 직선 운동)