공부/체육학
[운동역학]힘force과 중력Gravitational force
loylee1222
2025. 1. 2. 19:45
만유인력 (Gravitational Force)
- 정의: 두 물체 사이에 작용하는 인력으로, 물체의 질량에 비례하고, 두 물체 사이 거리의 제곱에 반비례합니다.
- 뉴턴의 법칙: 아이작 뉴턴이 발견했으며, 만유인력은 우주 만물에 적용되는 보편적인 힘입니다.
- 만유인력 공식:
- 두 물체가 무거울수록 서로 끌어당기는 힘이 강해집니다.
- 물체가 멀리 떨어질수록 끌어당기는 힘은 약해집니다.
- 그림 설명:
두 물체(예: 지구와 달) 사이 중심선을 따라 작용하는 힘을 화살표(벡터)로 표시하며, 질량이 크고 거리 가까울수록 화살표가 길어짐.
위 그림은 지구와 달 사이에 작용하는 만유인력을 나타냅니다.
- 지구(Earth): 더 큰 질량을 가지며, 파란색으로 표시되었습니다.
- 달(Moon): 더 작은 질량을 가지며, 회색으로 표시되었습니다.
- 빨간 화살표: 지구가 달을 끌어당기는 힘 (벡터 방향: 달을 향함).
- 초록 화살표: 달이 지구를 끌어당기는 힘 (벡터 방향: 지구를 향함).
설명
- 두 물체 간 거리가 가까울수록 화살표(힘의 크기)가 더 길어지고, 거리가 멀어질수록 힘이 약해져 화살표가 짧아집니다.
- 질량이 클수록 상대방에 작용하는 힘도 더 강해집니다.
중력가속도 (Gravitational Acceleration)
- 정의: 지구가 물체를 끌어당기는 힘으로 인해 발생하는 가속도.
- 공식:
- 중력장의 특성
- 중력은 지구로부터 멀어질수록 약해집니다.
- 인공위성이 지구를 도는 위치에서는 중력이 약해지거나 거의 느껴지지 않습니다.
중력과 체중
- 체중의 정의
- 중력이 신체를 잡아당기는 힘으로, Body Weight (BW)라고 표현됩니다.
- 체중은 스포츠 경기에서 경기력에 영향을 주는 중요한 요소입니다.
- 체중 단위
- 국제단위계(SI): 뉴턴(N).
- 영어단위(English Unit): 파운드(lb), 온스(oz).
- 1kg = 9.8N (SI), 1kg ≈ 2.2lb (English).
- 체중과 운동의 관계
- 체중이 클 때 유리한 경우
- 힘과 충격량을 필요로 하는 운동
- 체중이 클 때 유리한 경우
예: 레슬링, 럭비, 파워리프팅
- 질량이 크면 관성으로 인해 상대를 밀어붙이는 데 유리합니다.
- 체중이 작을 때 유리한 경우:
- 스피드와 민첩성이 중요한 운동(예: 육상, 체조).
- 체중이 작으면 가속과 방향 전환이 쉬워집니다.
- 체중 증가의 영향:
- 체중이 증가하면 근육량도 함께 증가하여 힘이 강해질 수 있습니다.
- 하지만 과도한 체중 증가는 민첩성과 스피드를 저하시킬 수 있습니다.
정지위성과 이동위성
- 정지위성
- 지구와 동일한 속도로 회전하며, 특정 위치에 고정된 것처럼 보이는 위성.
- 특징:
- 중력장 안에 위치.
- 원심력과 중력이 균형을 이루어 궤도를 유지.
- 이동위성
- 지구 주위를 공전하며 다양한 속도와 궤도로 움직이는 위성.
- 예: GPS 위성.
질량과 무게의 차이
- 질량 (Mass)
- 물체가 가지는 고유한 물질의 양.
- 단위: kg (SI), slug (English).
- 무게 (Weight)
- 중력에 의해 물체에 작용하는 힘.
- 단위: 뉴턴(N, SI), 파운드(lb, English).
- 관계
유체와 고체의 차이: 질량과 무게
- 고체
- 고정된 형태를 가지며, 질량과 무게가 일정합니다.
- 예: 1kg 아령은 SI 단위로 9.8N.
- 유체
- 형태가 고정되지 않고, 부피와 밀도에 따라 질량과 무게가 달라집니다.
- 예: 355ml 캔의 잉글리쉬 유닛은 12온스.
관련 예제와 풀이
문제 1
질량이 60kg인 사람이 지구에서 받는 체중은 얼마인가?
풀이
- 답: 588N
문제 2
문제 3
질량과 무게는 같을까?
- 답: 아니요.
- 질량은 고유한 물질의 양이며, 무게는 중력에 의해 질량에 작용하는 힘입니다.
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