뉴턴 제1법칙: 관성과 알짜힘
알짜힘이 0일 때 유지되는 운동 상태
뉴턴 제1법칙(관성의 법칙)은 물체에 작용하는 알짜힘이 0이면 물체가 원래의 운동 상태를 유지한다고 설명합니다. 정지한 물체는 계속 정지하고, 움직이던 물체는 같은 속력과 방향으로 곧게 움직입니다.
여기서 '운동 상태가 변하지 않는다'는 말은 속력이 일정할 뿐 아니라 방향도 일정하다는 뜻입니다. 원운동처럼 방향이 바뀌는 운동에는 알짜힘이 필요합니다.
관성과 질량: 운동 변화에 저항하는 성질
관성은 물체가 정지 또는 운동 상태의 변화를 거부하는 성질입니다. 질량이 큰 물체일수록 관성이 커서 같은 힘을 받아도 운동 상태가 덜 변합니다.
관성은 물체가 따로 밀거나 당기는 힘이 아닙니다. 운동 상태 변화에 대한 물체의 성질이며, 질량은 관성의 크기를 비교하는 물리량입니다.
1) 종이가 빠르게 옆으로 움직이지만 동전은 처음의 정지 상태를 유지하려 합니다.
2) 종이와 동전 사이의 마찰이 동전을 옆으로 충분히 끌고 가지 못하므로 종이만 빠져나갑니다.
3) 동전은 중력에 의해 아래로 떨어져 컵 안에 들어갑니다.
힘의 평형과 관성 법칙의 적용
물체에 여러 힘이 작용해도 벡터 합인 알짜힘이 0이면 힘의 평형입니다. 책상 위에 놓인 책은 아래쪽 중력과 위쪽 책상의 수직항력이 서로 균형을 이루어 정지합니다. 일정한 속도로 미끄러지는 물체도 마찰을 포함한 힘의 합이 0이면 그 속도를 유지합니다.
반례로 확인하기: 물체가 원을 따라 일정한 속력으로 움직여도 속도 방향이 계속 바뀌므로 운동 상태는 변합니다. 따라서 구심 방향 알짜힘이 0이 아닙니다. 속력만 보고 알짜힘이 0이라고 판단하면 안 됩니다.
힘을 그릴 때는 먼저 분석할 물체 하나를 정하고, 그 물체에 실제로 작용하는 힘만 표시합니다. 알짜힘이 0인지를 확인한 뒤 정지 또는 등속 직선 운동을 예측합니다.
핵심 요약
- ✓알짜힘이 0이면 물체는 정지 상태 또는 등속 직선 운동 상태를 유지한다.
- ✓관성은 운동 상태 변화에 저항하는 물체의 성질이며, 질량이 클수록 관성이 크다.
- ✓방향이 바뀌는 원운동은 속력이 일정해도 운동 상태가 변하므로 알짜힘이 필요하다.
- ✓관성은 물체에 작용하는 별도의 힘이 아니다.