05 - 5장 힘과 운동 1 5-1 물체는 어떻게...

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Unformatted text preview: 5장. 힘과 운동 1 5-1 물체는 어떻게 가속되는가? 1. 일상경험 물체의 속도를 변화시키려면 힘(상호작용)을 주어야한다. 2. Isaac Newton (1642-1727) 힘과 가속도 사이의 관계를 처음으로 정립 ▸뉴턴 역학 3. 뉴턴 역학의 한계 •속도: 빛의 속도에 가까운 고속운동 •크기: 원자/분자 수준의 작은 물체 운동 ▸특수상대성이론 ▸양자역학 5-2 뉴턴의 첫번째 운동법칙 ★관성의 법칙 (제1 법칙): 힘을 받지 않은 물체는 멈추어 있거나 등속(직선)운동을 계속한다. 해석: 관성기준틀(관성의 법칙이 성립하는 기준틀)을 정의함 Question: 비관성기준틀(non-intertial reference frame)의 보기는? 5-3 질량 일상경험: 똑같은 힘을 주어도 물체에 따라 가속도의 크기가 다름 ⇩ 그 차이가 생기게 하는 물체의 성질을 “질량”으로 정의 5-5 뉴턴의 두번째 운동법칙 ★운동의 법칙 (제2 법칙): 물체의 가속도 크기는 그것이 받는 알속힘의 크기에 비례하고 질량에 반비례한다. 가속도의 방향은 알속 힘의 방향이다. ⇔ , (운동방정식) 알속힘 ( ≡ 받는 모든 힘의 벡터 합) 표. 뉴턴의 두번째 운동법칙의 단위 단위계 SI CGS 영국 힘 newton(N) dyne pound(lb) 질량 kilogram(kg) gram(g) slug 가속도 m/s 2 힘의 단위 1 N = 1 kg․m/s 2 cm/s2 ft/s 2 1 dyne = 1 g․cm/s2 1 lb = 1 slug․ft/s 2 ∴1 N = 1 kg․m/s2 = (1000 g)(100 cm/s2) = 105 g․cm/s2 = 105 dyne 5-6 힘의 보기: 무게, 법선력, 마찰력, 장력 1. 무게 1) 지구가 물체를 지구중심 쪽으로 끌어당기는 힘(중력) 중력가속도가 인 지표면에서의 물체의 무게는 ★무게는 질량(스칼라: )이 아니라 힘(벡터: 크기 , 지구중심방향) 같은 물체( )의 무게( )는 재는 곳의 값에 따라 다름. 2) 무게 재는 방법 ① 막대저울 ② 용수철 저울 3) 겉보기 무게 보통 무게는 관성 기준틀에서 재는 것으로 가정하며, 그렇지 않은 경우에 는 겉보기 무게가 된다. 2. 법선력: 물체가 다른 물체와 접촉한 면에 대해 수직방향으로 받는 힘 보기: ∑ 그림. 책상 위에 놓인 물체가 받는 힘 3. 마찰력: 물체가 다른 물체와 접촉한 채 움직일 때 받는 저항력 그림. 접촉마찰력 (방향은 물체가 움직이는 방향과 반대) 4. 장력: 물체에 줄을 달아 팽팽히 당길 때 물체가 실로부터 받는 힘 그림. 여러 상황에서의 장력 5-7 뉴턴의 세번째 운동법칙 ★작용과 반작용의 법칙 (제3 법칙): 한 물체가 다른 물체에 힘(작용력)을 주면, 반드시 크기가 같고 방향은 반대인 힘(반작용력)을 되받는다. 그림. 두 물체 A와 B가 주고받는 작용력과 반작용력 (▸작용력과 반작용력은 작용하는 곳이 다르다.) 작용-반작용 법칙의 보기 1) 인공위성과 지구 사이의 작용(력)-반작용(력) 2) 과일, 책상, 지구 사이의 작용(력)-반작용(력) 5-8 뉴턴 운동법칙의 적용 표본문제 5-5 문제 1) 매달린 나무토막의 가속도? 2) 책상 위 나무토막의 가속도? 3) 실의 장력? , 바닥의 마찰은 무시 풀이 그림. 두 나무토막 과 이 받는 힘 과 의 가속도 크기는 같고 이것을 라 하면, 운동방정식은 다음 과 같다: 가속도 : 식(1)과 식(2)에서 장력 를 소거 (1) (2) (3) 장력 : 식(3) → 식(1) ※ 반드시 풀이를 검토하고, 음미할 것! 표본문제 5-10 도르래에 매달 추( )의 운동 문제: 줄의 장력 와 추의 가속도 ? 풀이: 가벼운 추( )는 위로, 무거운 추( )는 아래로 가속됨. ≡ ( 의 가속도) = -( 의 가속도) 운동방정식 (1) (2) 그림. 추 이 받는 힘 가속도 를 셈하려면 식(1,2)에서 를 소거 따라서 (3) 장력 를 셈하려면 식(3)을 식(1) 또는 식(2)에 넣는다 ...
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