학습 목표
● 준비 학습 ●
1. 우리들의 생활에서 힘의 효과로 나타나는 현상들을 찾아보자.
☞ 모양이 변한다(휘어지거나 비틀리거나 찌그러짐), 정리하고 있던 물체가 움직인다, 물체의 운동 방향이나 물체의 빠르기가 달라진다, 운동하고 있던 물체가 정지한다(마찰력, 저항력)
2. 힘을 표시하는 방법과 힘의 단위에 대하여 알아보자.
☞ 힘의 크기, 방향, 작용점을 알아야 하며, 표시할 때는 화살표로 나타낸다. 힘의 작용점에 화살표의 꼬리를, 힘의 작용점에 화살표의 머리가 향하도록 하고, 힘의 크기에 비례하도록 화살표의 길이를 그린다. 힘의 단위로는 kg중, g중, N,dyne 등을 사용한다.
3. 책상면 위에 놓여 있는 책에 작용하는 힘을 모두 말하여 보자. 만일, 책을 잡아 당기면 책에 작용하는 힘은 어떠한가?
☞ 책상 위에 놓여 있는 물체는 우선 중력이 작용하고 책상면이 물체를 떠받치는 수직 항력이 작용한다. 그러나 물체를 잡아당기게 되면 당기는 힘과 동시에 그 반대 방향으로 마찰력이 작용한다.
4. 달리는 자동차가 갑자기 멈추면 자동차 안의 사람은 앞쪽으로 쏠리게 된다. 이 현상을 설명하여 보자.
☞ 달리던 자동차가 갑자기 정지하면 자동차 안에 타고 있던 사람은 계속 운동하려는 관성을 가지고 있으나, 발이 몸의 이동 속도로 나가지 않기 때문에 앞으로 넘어진다.
5. 우리 주위에서 등가속도 직선 운동하는 예를 찾아보고, 그 때 작용하는 힘은 일정한지 알아보자.
☞ 등가속도 직선 운동을 하는 대표적인 예가 자유 낙하 운동이다.
6. 아래 그림은 어떤 물체의 운동을 사진으로 기록한 것이다.
☞ 각 구간별 거리가 일정하므로 등속 운동을 하고 있고, 외부에서 힘을 가하더라도 등속 운동을 하는 경우는 마찰이 있어서 마찰력과 가한 힘이 같을 때에 등속 운동을 한다.
물체의 모양을 변화시거나 운동 상태를 변화시키는 원인
① 물체의 모양이나 크기가 변한다.
② 물체의 속력이 변한다.
③ 물체의 운동 방향이 변한다.
관성
물체에 외력이 작용하지 않거나 힘의 합력이 0일 때, 물체는 원래의 운동 상태를 유지시키려는 성질.
즉, 운동 상태의 변화에 저항하려는 성질이다. 관성의 크기는 질량으로 나타낸다.
① 정지 상태를 계속 유지하려는 예
정지하고 있던 버스가 갑자기 출발하면 타고 있던 승객은 뒤로 넘어지려고 한다.
유리컵 위에 종이를 놓고 그 위에 동전을 올려 놓은 다음, 종이를 갑자기 옆으로 잡아당기 면 동전이 유리컵 속으로 떨어진다.
손가락으로 담배를 두드려 담배재를 턴다.
② 운동 상태를 계속 유지하려는 예
달리던 버스가 급정거를 하면 승객이 앞으로 쏠린다.
삽으로 흙을 떠서 멀리 던진다.
달리던 사람이 돌부리에 걸려 앞으로 넘어진다.
힘정리
① 힘의 효과
- 물체의 모양이나 크기가 변한다. (변형)
- 물체의 운동 상태가 변한다. (속력, 방향이 변화)
② 힘의 표시
- 힘은 크기와 방향을 가지는 벡터량이므로 힘의 3요소 (크기, 방향, 작용점)를 표시해야 한다.
③ 힘의 합성
- 한 물체에 두 개 이상의 힘이 작용하여 나타나는
알짜 힘을 합력 이라고 한다.
- 평행사변형법을 이용하여
합력 F 의 크기를 구하면
④ 힘의 분해 - 빗면에서의 분해.
W 는 물체의 무게(지구의 중력)
F1 은 물체의 무게중에서 빗면을 내려오려는 힘
F2 는 물체의 무게중에서 빗면을 수직으로 누르는 힘
2. 힘과 가속도와의 관계(운동의 제 2법칙 )
(1) 운동의 제 2법칙(가속도의 법칙)
① 힘과 가속도
- 물체에 생기는 가속도의 크기는 작용하는 힘의 크기에 비례한다.
- 가속도의 방향은 힘의 방향과 같다.
② 질량과 가속도
- 가속도의 크기는 물체의 질량에 반비례한다.
∴
F = m a (운동 방정식)
③ 힘의 단위
1 N -- 1kg의 물체에 1m/s2의 가속도가 생기게 하는 힘의 크기
kg중(kgf) -- 1kg × 9.8m/s2 = 9.8 N
1dyne -- 1g의 물체에 1cm/s2의 가속도가 생기게 하는 힘의 크기
④ 두 물체에 적용하는 뉴턴의 제2법칙
ㄱ. 평면에서의 힘
M과 지면사이에 마찰이 없을 경우 M 과 m 은 같은 가속도 a 로 운동한다.
가속도 운동의 원인은 m물체의 중력 mg에 의한다.
ㄴ. 도르레에서의 힘 
실의 질량과 마찰력은 무시한다.
A 와 B 의 무게 차이 값에 해당하는 힘으로 A B 두 물체가 가속도 운동을 한다.
ㄷ. 연결된 물체의 힘
실의 질량과 마찰력은 무시한다.
m과 M이 같이 운동하므로 가속도는 같다.
m에 작용하는 힘과 M에 작용하는 힘의 세기는 다르다.
⑤ 관성질량과 중력질량
ㄱ. 관성질량 : 에서 물체에 일정한 힘을 가해서 물체가 얻는 가속도로 측정
( 가속도가 클수록 관성질량은 작다.)
ㄴ. 중력질량 : 물체에 작용하는 중력의 크기로 측정함
※ 관성질량과 중력질량 값은 같다. ---- 질량으로 통칭함
(2) 운동의 제 1법칙(관성의 법칙) 물체는 외부로부터 힘을 받지 않는 한 정지한 물체는 계속
정지해 있고 운동하는 물체는 영구히 등속도 운동을 한다.
①관성 : 물체가 처음의 운동 상태를
계속 유지하려는 성질.
㉠ 정지 상태 유지
버스의 출발 시 몸이
뒤로 쏠린다.
동전을 쌓고 아래를
칠 때,
옷, 이불의 먼지를
털 때, 손가락으로 담뱃재를 털 때.
㉡ 운동 상태 유지
버스의 정차 시 몸이 앞으로
쏠린다.
커브를 도는 자동차 속에서
몸이 밖으로 쏠린다.
달리는 열차 안에서 물건을
던질 때 그 자리에 떨어진다.
삽으로 흙을 떠서 멀리
던질 때. 돌부리에 걸리면 넘어짐.
망치자루를 바닥에 부딪치면 망치가 들어간다.
②관성력 : 운동상태를 계속 유지하려는
힘
운동방향의 반대방향으로 작용
가속도와 질량이 클수록 관성력은
커진다. 
③갈릴레이의 사고 실험 : 마찰이 없는 빗면을 내려갈 때.
C 의 경우는 일정한 속도로 계속하여 운동할 것으로
예측된다.
(3) 운동의 제 3법칙(작용 반작용의 법칙)-쌍으로 작용하는 힘
힘은
반드시 두 물체 사이의 상호작용으로 나타난다.
① 작용과 반작용
- 크기가 같고 방향은 서로 반대이다.
- 두 물체 사이에서 동시에 나타난다.
② 운동의 제 3법칙(작용과 반작용의 법칙) 물체 A가 물체 B에 힘을 작용하면 A도 B로부터 크기가
같고 방향이 반대인 힘을
같은 작용선상에서 받는다.
예) 걸음을 걸을 때 발이 땅을 밀면 땅도 발을 민다.
로켓이 가스를 분출하면 가스도 로켓을 민다.
손으로 벽을 밀면 벽도 손을 민다.
대포를 쏘면 대포가 뒤로 밀린다.
② 수직항력 : 면의 수직된 방향으로 작용하는 반작용
※ 두 힘의 평형과 작용 반작용의 차이
작용과 반작용은 한 물체에 작용하는
힘이 아니고, 두 물체 사이에서 서로 다른
물체에 작용하므로 (작용점이 서로 다른
물체에 존재) 두 힘을 합성할 수 없다.
그러나 평형인 두힘은한물체에 작용하므로
합성할 수 있고 그 합력은 0이다.