여러 가지 운동

"우리는 공이 날아가거나 자동차가 움직이고 별이 계절에 따라 변하는 등 여러 가지 운동을 볼 수 있습니다.

이러한 움직임과 운동들은 어떤 것이 있는지 자세히 살펴 볼께요~

그 중에서 이번 포스팅에서는 포사체 운동에 대해 알려드릴께요~^^"

 

 

포사체 운동

 지구의 중력이 작용하는 공간을 중력장이라고 해요. 중력장 안에 있는 모든 물체는 지구 중심을 향해 끌려요. 그래서 손에 들고 있던 물건을 그냥 놓으면 아래로 떨어지고, 수평으로 던지거나 약간 위로 던진 물건은 곡선을 그리며 땅에 떨어져요. 이렇게 중력장 안에서 움직이는 물체의 움직임에 대해 알아보겠습니다.

 

1. 연직(수직) 방향의 운동

 지구 가까이에서 물체가 움직일 때, 항상 같은 크기의 중력이 작용해요. 만약 공기의 저항을 무시한다면, 물체는 일정한 가속도로 움직여요. 예를 들어, 자유 낙하하는 물체는 처음에 속도가 0에서 시작해서 점점 빨라져요. 이렇게 일정하게 속도가 증가하는 움직임을 등가속도 운동이라고 해요. 자유 낙하하는 물체의 움직임을 분석하면 그 가속도를 알 수 있는데, 이 가속도를 중력 가속도라고 해요. 물체가 떨어지는 이유는 바로 중력 때문이에요. 연직 방향으로 운동하는 물체는 가속도가 -g인 등가속도운동을 합니다.

 

2. 수평으로 던진 물체의 운동

 수평으로 던진 물체에게 작용하는 힘은 오직 중력뿐이에요. 중력은 항상 지구의 중심을 향해 아래쪽으로 작용하는 힘이에요. 여기서 중요한 점은, 힘은 방향을 가진 벡터라는 것입니다. 즉, 힘은 특정한 방향으로 작용하며, 이 방향에 따라서만 물체의 움직임이 변하게 됩니다. 반대로, 힘과 수직인 방향으로의 움직임에는 힘이 전혀 영향을 미치지 않아요.

 예를 들어, 수평으로 물체를 던졌을 때, 중력은 아래쪽으로만 작용하므로 물체의 수직 방향(위아래) 움직임에만 영향을 미칩니다. 따라서 물체는 수직 방향으로는 중력 때문에 점점 빨라지며 떨어지게 됩니다. 이때 수직 방향의 움직임은 등가속도 운동을 하게 되는데, 이는 물체가 일정한 가속도로 속도가 증가한다는 의미입니다.

 반면에, 물체의 수평 방향(앞뒤) 움직임에는 중력이 전혀 영향을 주지 않아요. 왜냐하면 중력은 수평 방향과는 직각으로 작용하기 때문입니다. 따라서 수평 방향으로는 물체가 처음에 가졌던 속도를 계속 유지하면서 움직이게 되는데, 이를 등속도 운동이라고 합니다. 등속도 운동이란 속도가 일정하게 유지되면서 움직이는 것을 말합니다.

 이 두 가지 움직임, 즉 수평 방향의 등속도 운동과 수직 방향의 등가속도 운동이 동시에 일어나면서, 물체는 포물선 형태의 곡선을 그리며 날아가게 됩니다. 포물선 운동이란 물체가 곡선을 그리며 이동하는 움직임을 의미하며, 이는 두 방향의 움직임이 결합된 결과입니다.

또한, 물체를 수평으로 던졌기 때문에 처음에는 수직 방향의 속도가 0입니다. 즉, 물체는 던져질 때 수직으로는 움직이지 않고, 수평으로만 움직이기 시작하게 됩니다. 시간이 지나면서 중력의 영향으로 수직 속도가 점점 증가하게 되고, 결국 물체는 포물선 궤적을 그리며 지면에 떨어지게 되는 것이죠.

 이처럼, 수평으로 던진 물체의 움직임을 이해하기 위해서는 수평 방향과 수직 방향의 운동을 따로 생각하고, 각각의 움직임이 어떻게 결합되는지를 살펴보는 것이 중요합니다. 이러한 개념은 물리학에서 물체의 운동을 분석할 때 기본이 되는 중요한 원리 중 하나입니다.

 

3. 비스듬히 던져 올린 물체의 운동

 비스듬히 던져 올린 물체가 최고점에 도달한 순간, 이 물체에 작용하는 힘의 방향은 어느쪽 일까요? 또, 올라가고 있는 도중과 내려오고 있는 도중에 작용하는 힘의 방향은 어느 쪽일까요?

 먼저, 물체를 비스듬히 던지면 물체는 손을 떠난 후 포물선 모양의 경로를 그리며 움직이게 됩니다. 이때 물체가 최고점에 도달하는 순간을 생각해보면, 이 순간에는 물체의 속도가 잠시 멈추게 됩니다. 즉, 위로 향하던 속도가 0이 되는 순간이죠. 하지만 이때에도 물체에 작용하는 힘은 여전히 존재합니다.

 최고점에 도달한 순간에는 중력만이 아래쪽으로 작용합니다. 물체가 최고점에 있을 때는 수직 방향으로의 속도가 0이지만, 중력은 여전히 물체를 아래로 당기고 있습니다. 그래서 이 순간에도 중력의 힘은 계속해서 물체에 작용하여 물체를 다시 아래로 떨어뜨리려는 힘을 제공합니다.

 물체가 올라가는 동안과 내려오는 동안에도 중력은 항상 아래쪽으로 작용합니다. 올라가는 동안에는 물체의 속도를 감소시키는 방향으로, 내려오는 동안에는 물체의 속도를 증가시키는 방향으로 중력이 작용합니다. 즉, 올라갈 때는 중력이 물체의 상승을 방해하고, 내려올 때는 중력이 물체의 하강을 도와줍니다.

 물체가 공중을 날아갈 때는 중력 외에도 공기 저항이라는 힘이 작용합니다. 하지만 무거운 물체이거나 속도가 너무 빠르지 않은 경우, 공기 저항은 중력에 비해 매우 작기 때문에 무시할 수 있습니다. 따라서 많은 경우 물체의 운동을 분석할 때 공기 저항을 고려하지 않아도 무방합니다.

 공기 저항을 무시하면 수평 방향으로는 아무런 힘도 작용하지 않습니다. 이는 물체가 수평 방향으로는 등속도 운동을 한다는 것을 의미합니다. 즉, 물체는 처음 던졌을 때의 수평 속도를 그대로 유지하며 계속 움직입니다.

 반면에 수직 방향으로는 중력이 지속적으로 작용합니다. 중력은 물체에 일정한 가속도, 즉 -g(지구의 중력 가속도)를 부여하게 됩니다. 이로 인해 물체는 수직 방향으로 등가속도 운동을 하게 됩니다. 올라갈 때는 속도가 점점 줄어들고, 최고점에서 속도가 0이 된 후에는 다시 속도가 증가하면서 아래로 떨어지게 됩니다.

 결국, 비스듬히 던진 물체의 운동은 두 가지 방향으로 나눌 수 있습니다. 수평 방향으로는 공기 저항이 없다고 가정하면 일정한 속도로 움직이며, 수직 방향으로는 중력에 의해 지속적으로 가속도가 작용하여 물체의 속도가 변하게 됩니다. 이러한 운동의 결과로 물체는 포물선 형태의 궤적을 그리며 다시 땅으로 떨어지게 되는 것이죠.

 이해를 돕기 위해 간단한 예를 들어볼게요. 만약 농구공을 비스듬히 던진다면, 공은 처음에는 빠르게 올라가다가 최고점에 도달한 후 다시 떨어지게 됩니다. 이때 공이 최고점에 있을 때도 중력은 여전히 작용하고 있어서 공이 다시 땅으로 떨어지게 되는 것입니다. 수평으로 던진 공은 중력만 작용하여 곧바로 땅으로 떨어지지만, 비스듬히 던진 공은 수평과 수직 방향의 운동이 결합되어 포물선 궤적을 그리게 됩니다.