Transcript 알아보기 운동의 법칙
<학습 목표> • 뉴턴의 운동 법칙을 1차원 운동에 적용할 수 있다. • 일상생활과 스포츠 등에서 충격량과 운동량 변화의 관계를 이해한다. 들어가기 로켓은 어떻게 날아갈까? <생각해 보기> - 신기전의 화살이 발사될 때 화살에 어떤 힘들 이 작용하는가? ☞ 연소 가스가 화살을 미는 힘, 지구가 화살을 당기는 힘 - 로켓이 어떻게 하늘로 날아갈 수 있는가? ☞ 로켓은 기체나 액체를 분출하면서 그 반작용으로 가속된다. 운동의 법칙 살펴보기 물체에 힘을 작용해 보자. <미니탐구> 힘을 작용한 물체 관찰하기 1. 그림 (가)와 같이 장난감 자동차를 밀 때 장난감 자동차의 움직임을 관 찰한다. 2. 장난감 자동차를 옆으로 미는 동안 자동차와 손이 서로에게 작용하는 힘 을 화살표로 나타낸다. 3. 그림 (나)와 같이 나무도막에 두 개의 줄을 연결하고, 줄을 서로 나란하 지 않은 방향으로 잡아당긴다. 4. 나무도막이 어느 방향으로 움직이는지 관찰한다. (가) (나) 운동의 법칙 살펴보기 물체에 힘을 작용해 보자. <미니탐구> 힘을 작용한 물체 관찰하기 ◈(가)에서 장난감 자동차를 미는 방향과 장난감 자동차의 운동 방 향은 같은가? ☞ 두 방향은 같다. 장난감 자동차에 힘을 가하면 그 힘의 방향으로 운 동 방향의 변화가 생긴다. ◈(가)에서 손이 장난감 자동차에 작용하는 힘의 방향과 장난감 자 동차가 손에 작용하는 힘의 방향은 어떠한가? ☞ 두 방향은 서로 반대 방향이다. 손이 장난감 자동차에게 작용하는 힘 과 장난감 자동차가 손에 작용하는 힘은 크기가 같고, 방향은 반대 방향 이다. ◈(나)와 같이 두 힘이 작용할 때 나무도막은 어느 방향으로 움직이 는가? ☞ 나무도막은 오른쪽으로 이동한다. 한 물체에 여러 힘이 작용할 때 합 성된 힘, 즉 합력의 방향으로 물체의 운동 방향의 변화가 생긴다. 운동의 법칙 알아보기 운동의 법칙 1. 뉴턴의 운동 제1법칙(관성 법칙) (1) 관성 : 물체가 운동 상태를 유지하려는 성질 (2) 물체에 작용하는 알짜힘이 0일 때 정지해 있던 물체는 계속 정지해 있고, 운동하던 물체는 일직선으로 등속 운동한다. 운동의 법칙 알아보기 운동의 법칙 2. 뉴턴의 운동 제2법칙(가속도 법칙) (1) 운동하는 물체의 가속도( a )는 작용하는 힘( F ) 의 크기에 비례하고 질량( m )에 반비례한다. a F m ▲ 가속도의 크기 변화 (2) 힘은 질량과 가속도의 곱으로 나타낼 수 있다. 2 ① 힘의 단위 : kg m/s , N ② 질량 1 kg인 물체에 1 N의 힘을 작용하면 물체의 가속도는 1 m/s 2이 된다. 운동의 법칙 알아보기 운동의 법칙 3. 뉴턴의 운동 제3법칙(작용· 반작용 법칙) (1) 한 물체가 다른 물체에 힘을 작용하면 다른 물체도 그 물체에 같은 크기 의 힘을 반대 방향으로 작용한다. 예) 지구가 인공위성을 잡아당기는 힘(만유인력)과 인공위성이 지구를 잡아당기는 힘(만유인력)은 크기가 같고 방향이 서로 반대이다. (2) 무게 : 행성과 물체 사이에 작용하는 만유인력의 크기로, 물체의 질량에 비례한다. (3) 작용․반작용과 힘의 평형 관계의 힘 ① 작용․반작용 : 두 힘이 같은 일직선상에 있으며 크기는 같고 방향은 반 대이다. 두 힘의 작용점은 각각 다른 물체에 있다. ② 힘의 평형 : 두 힘은 같은 일직선상에 있으면 크기는 같고 방향은 반대 이다. 두 힘의 작용점은 한 물체에 있다. 운동의 법칙 알아보기 운동의 법칙 4. 운동량과 충격량 (1) 운동량 : 운동하는 물체의 질량( m )과 속도( v ) 에 비례하는 물리량(단위 : kg·m/s) p mv (2) 충격량 : 물체에서 작용하는 힘( F )과 작용하는 시간( t )의 곱(단위 : N·s) I Ft (3) 충격량과 운동량의 관계 : 물체가 받은 충격량은 물체의 운동량의 변화 량과 같다. I Ft mv mv0 운동의 법칙 개념 넓히기 일상생활에서 충격량 일상생활에서 충격량 (1) 같은 크기의 힘이 작용할 때 충격량은 힘이 작 용하는 시간이 길수록 크다. 예) 대포의 포신이 길수록 포탄을 멀리 보낼 수 있다. 테니스나 야구 경기에서 공을 밀어 주는 느 낌으로 쳐야 공을 빠르게 보낼 수 있다. (2) 충격량이 같을 때 힘이 작용하는 시간이 길어 지면 힘의 크기가 감소한다. 예) 자동차의 범퍼, 에어백, 야구 경기에서 포수 의 야구 장갑 등 운동의 법칙 ▲ 힘과 시간의 관계 그래프 가 하 평 기 개념 1. 수평면에서 질량이 1 kg인 물체에 수평으로 5 N인 힘을 작용하였을 때 물체의 가속도의 크기가 3 m/s² 이었다. 수평면이 물체에 작용하는 마찰력의 크기는 얼마인가? ☞ 물체에 작용하는 합력 F = 5 N-마찰력 이고, 물체의 가속도는 합력의 크기에 관계 있으므로 1 kgⅹ3 m/s² = 5 N-마찰력 이다. 그러므로 마찰력=2 N 이다. 운동의 법칙 가 하 평 기 2. 포수는 투수가 던진 공을 받을 때 장갑을 낀 손을 약 간 뒤로 빼면서 받는다. 그 까닭은 무엇인가? ☞ 충격량이 같을 경우 공을 받는 시간을 길게 하여 포수에 게 작용하는 힘을 줄여 부상을 입지 않도록 한다. 창의 3. 외부에서 작용하는 힘이 없을 때 직선 상에서 운동하 다 충돌하는 두 물체의 운동량의 합은 충돌 전후 어 떻게 되는지 뉴턴의 운동 제 3법칙을 적용하여 알아 보자. ☞ 두 물체가 충돌하면서 접촉해 있는 동안 작용·반작용 법 칙에 의해 두 물체가 받는 힘의 크기는 같고 방향은 반대이 며, 두 물체의 접촉 시간도 같다. 따라서 두 물체가 받는 충 격량의 크기도 같으므로 충돌 전후의 운동량 합은 일정하 다. 운동의 법칙