1) 버스가 정지 상태에서 앞으로 출발하려고 할 때
물체계인 버스는 버스가 나아가려는 앞방향으로 가속운동을 시작합니다.
그러면, 물체계인 버스 속에 타고 있는 물체인 승객은 버스의 가속도 방향과 반대 방향으로 관성력이 작용합니다.
그 관성력의 크기는 물체인 승객의 질량과 물체계인 버스의 가속도를 곱한 값이며, 방향은 가속운동의 정반대입니다.
이 현상이 관성에 의한 현상이 되는 이유는 물체인 승객은 물체계인 버스와 같이 정지하고 있었는데, 버스가 갑자기 앞으로 출발을 하게 되면 물체인 승객은 정지상태를 계속 유지하려고 하므로 뒤로 몸이 쏠리게 됩니다.
2) 버스가 앞으로 달려가는 운동을 하다가 갑자기 정지하려고 할 때
물체계인 버스가 운동을 하고 있으므로, 그 안에 타고 있던 승객은 버스와 같은 방향, 같은 속도로 운동을 하고 있는데, 버스가 갑자기 정지를 하게 되면 승객은 처음 버스가 가는 방향, 같은 속도로 계속 운동을 하려고 하므로 몸이 앞으로 쏠리게 됩니다.
3) 엘리베이터를 탔을 때 정지 상태에서 위로 올라가려는 경우
물체인 승객은 물체계인 엘리베이터와 함께 처음에는 정지를 하고 있는 상태인데, 물체계인 엘리베이터가 위로 운동을 시작하게 되면 그 안에 타고 있는 물체인 승객은 처음 상태를 계속 유지를 하려고 하므로 처음의 정지상태를 그대로 유지하려는 관성에 의해 아래방향으로 관성력을 받게 됩니다. 그러므로, 정지상태에서 위로 올라가려는 경우 승객은 자신의 체중에 관성력을 더한 힘을 받게 됩니다. 즉, 승객이 느끼는 체중이 증가하게 됩니다.
4) 엘리베이터를 타고 위로 올라가다가 정지하려고 하는 경우
물체인 승객은 물체계인 엘리베이터와 함께 위로 올라가고 있습니다. 이 때는 등속운동이므로 가속도가 존재하지 않아서 승객은 자신의 체중만큼의 힘만 느끼고 있습니다. 그런데 정지를 하려고 하면 속력이 점차 줄어들므로, 속력이 줄어드는 경우는 운동방향과 반대방향으로 가속도가 작용한다는 뜻입니다. 그래서, 엘리베이터의 속력이 점점 줄어들고 있을 때, 승객은 윗방향으로 처음의 운동상태를 유지하려고 하므로 윗방향으로 관성력을 받게 됩니다. 그래서 이 경우는 승객은 아랫방향으로 작용하는 자신의 중력에서 윗방향으로 작용하는 관성력을 뺀 만큼의 힘을 느끼게 됩니다. 즉, 체중이 감소하는 것을 느끼게 됩니다.
5) 엘리베이트를 탔을 때 정지 상태에서 아래로 내려가려는 경우
물체인 승객은 물체계인 엘리베이터와 함께 처음에는 정지를 하고 있었는데, 물체계인 엘리베이터가 아랫방향으로 운동을 시작하게 되면 물체인 승객은 처음처럼 계속 정지하려고 하므로 윗방향으로 관성력을 받습니다. 즉, 위 4)번의 경우와 마찬가지로 체중이 감소하는 것을 느낍니다.
6) 엘리베이트를 타고 아래로 내려오다가 정지하려는 경우
물체인 승객은 물체계인 엘리베이터와 함께 아래로 내려오는데 엘리베이터가 정지하려고 속력을 줄이게 되면 물체인 승객은 처음처럼 아래로 계속 내려오려는 관성에 의해 아랫방향으로 관성력을 받습니다. 그러면 물체인 승객은 자신의 중력에다가 관성력을 더한 힘을 받게 됩니다. 즉, 자신의 체중이 증가하는 것을 느낍니다.
7) 앞으로 뛰어가다가 돌에 걸렸을 때
앞으로 뛰어가다가 발이 돌에 걸립니다. 그러면 발은 즉시 멈추게 되지만 몸 전체는 앞으로 계속 나아가려고 하므로 앞으로 넘어지게 됩니다.
작용반작용의 법칙에 의한 현상의 예
1) 로켓이 앞으로 날아갈 때
로켓은 일정한 힘으로 가스를 뒤로 분출합니다. 이 가스를 분출하는 힘이 작용이라고 할 때, 반작용은 가스가 로켓을 미는 힘입니다. 이 힘에 의해 로켓은 앞으로 나아갈 수 있습니다.
2) 무중력 상태에서 우주인이 어떤 방향으로 가려고 할 때
이 경우에는 우주인이 자신이 가고자 하는 정반대방향으로 가스를 내뿜습니다. 이 가스를 내뿜는 힘이 작용이라고 할 때, 가스가 뿜어져 나오면서 우주인을 반대방향으로 밀게 됩니다. 이 힘이 반작용이 되어서 우주인은 자신이 가고자 하는 방향으로 갈 수 있습니다.
3) 배를 탔을 때 노를 저어서 앞으로 나아갈 때
노를 저을 때는 노에 힘을 가해서 어느 정도 크기의 힘을 노에 작용해서 노를 이용해 물을 뒷방향으로 밀어내게 됩니다. 이 힘을 작용이라고 할 때, 반작용은 밀어내어지는 물이 노에 작용하는 힘입니다. 이 힘에 의해 배는 앞으로 나아갈 수 있습니다.
4) 두 사람이 서로 마주보면서 서로를 밀 때
어른이 아이를 어떤 힘으로 밀게 되면 그에 대한 반작용으로 아이도 어른을 밀게 됩니다.
5) 지구와 달 사이에서 작용하는 만유인력
질량을 가진 물체 사이에서 작용하는 힘을 만유인력이라고 합니다. 지구가 어떤 힘으로 달을 잡아당기는 힘을 작용이라고 하면, 달이 똑같은 힘으로 지구를 잡아당깁니다.
6) 사과가 떨어질 때
사과가 떨어질 때는 지구가 사과를 잡아당기는 중력이 존재합니다. 이 중력을 작용이라고 하면, 사과가 지구를 잡아당기는 힘이 반작용이 됩니다. 즉, 지구와 사과는 서로를 향해 가속운동을 하게 됩니다. 이때 지구가 사과를 잡아당기는 힘이나 사과가 지구를 잡아당기는 힘은 작용-반작용의 관계로 그 힘의 크기가 동일합니다. 그런데, 지구의 질량이 사과에 비해서 매우매우 대단히 크기 때문에 뉴턴의 운동 제2법칙인 가속도의 법칙에 의해 가속도 a는 a=F/m이므로 지구의 가속도는 무시할 수 있을 정도로 작지만, 사과의 가속도는 아주 크게 나타납니다. 그래서 사과의 운동이 두드러지게 나타나게 됩니다.
7). 벽을 주먹으로 치면 엄청 아픔 : 주먹은 벽에게 힘을 작용시키고, 벽은 반작용으로 주먹에 힘을 작용시킴
8). 얼음판 위에서 A가 B를 밀었는데 서로 밀리는 경우 : A가 B에게 힘을 작용시켰으나, 반작용으로 B가 A에게 힘을 작용시킨 결과가 함께 발생
9). 대포를 쏠 때, 포신이 뒤로 밀리는 현상 : 대포가 탄환에 힘을 가하여 멀리 보냄과 동시에 탄환이 반작용으로 포신에 힘을 작용시킴
10). 풍산에서 바람이 빠지면서 날아다니는 현상 : 풍선의 탄성이 풍선내부의 공기에 힘을 작용시켜 내보내지만, 반작용으로 공기가 풍선을 밀어내는 효과
11). 농구선수의 서전트점프 : 사람이 발로 땅을 구르고, 반작용으로 땅은 사람을 밀어올림
<힘의 평형의 예>
1. 손바닥 위에 계란을 올려놓고 가만히 있을 때 : 계란에 작용하는 중력과 바로 그 계란에 작용하는 손의 힘이 평형을 이룸
2. 사람이 벽을 밀어보았으나 꿈쩍도 하지 않을 때 : 벽에 작용하는 사람의 힘과 벽구조물의 항력이 평형을 이룸
3. 책상을 밀어 옮기려하나 움직이지 않을 때 : 책상과 바닥 사이의 마찰력과 책상에 가하는 사람의 힘이 평형을 이룸
4. 태양 둘레를 일정하게 공전하는 행성 : 태양과 행성 사이의 인력과 공전하는 행성의 원심력이 평형을 이룸
5. 정속주행중인 전철 : 전철 차량에 작용하는 레일의 마찰력, 공기의 저한 등과 전철의 추진력(동력)이 평형을 이룸
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