물리학:힘의 상호작용

틀:22개정 물리학 단원 보기

1단원. 역학과 에너지

1. 물리학:힘의 상호작용
2. 물리학:역학적 에너지 보존
3. 물리학:열에너지

2단원. 물질과 전자기장

3단원. 파동과 정보 통신

배우는 이유

흥미적 이유	출발질문(마지막까지 학습한 후에 대답해보세요~) 힘이란 무엇인가?
직업적 이유	각종 이공계 학문의 기초.
학문적 이유	운동을 표현하는 방식과, 간단한 힘에 대하여
너희들은?	도르래의 원리를 이용하면 무거운 물체를 가볍게 들 수 있는 사례(이동거리가 늘어나지만)처럼 오늘 배운 내용으로 일을 수행하는데에 유리한 방식으로 처리할 수 있기 때문입니다. 오늘 배운 내용은 실생활과 밀접한 연관이 있고 역학의 기초가 되기때문에 배워야 하고 동생들이나 다른 친구들도 배워야 한다. 우리 주변의 모든 움직임은 힘의 원리로 설명되기 때문에, 이를 배우면 세상이 어떻게 움직이는지 논리적으로 이해하고 예측할 수 있는 눈을 갖게 되기 때문입니다. 힘과 운동에 관한 내용을 배워야 하는 이유는 앞으로 배워야 하는 더 어렵고 복잡한 원리를 이해하기 위한 기본적인 바탕이 되고 물리 문제를 풀 때도 오늘 배운 내용을 활용해서 풀 수 있기 때문이다. 운동에 대해 배워야 지구과학 화학 생명과학등 다양한 과목에 대해 잘 이해할 수 있고 더 나아가 운동을 할때도 각도나 힘을 계산하여 정확하게 던지거나 하여 쉽게 이길 수 있다. 배우지 않아도 될 것 같다. 실제로의 일상생활 속에서는 필요하지 않은 지식들이고 굳이 학문에 뜻이 있는 게 아니라면 알지 않아도 괜찮을 것 같다.
배워야 할 것	여러가지 힘의 종류와 활용방법을 알고, 유용한 방향으로 활용하는 법을 익히는 것 입니다. 오늘 배워야 할 핵심 내용은 운동마찰력과 정지마찰력이다. 뉴턴의 운동 법칙을 바탕으로 힘의 정의를 이해하고, 우리 주변에서 발생하는 다양한 힘들의 상호작용과 그에 따른 물체의 운동 변화를 파악하는 것입니다. F=ma 공식을 무조건 알아야 한다고 생각한다. 전체 물체의 운동량이 보존된다.

학습

영상

수업	영상

수업요약

핵심개념

개념	설명

전개질문

1. 마찰력이 유용하게 작용되는 상황은 어떤 것이 있을까?
2. 이번에 언급한 힘이 실생활에 사용되는 예시 1개만.
3. 힘의 합성을 할 때, 작용하는 힘이 3개 이상이라면, 어떤 방식으로 합력의 크기와 방향을 구할 수 있을까?
4. 우리는 중학교 때 마찰력은 접촉면의 면적에 영향을 받지 않는다고 배운다. 그러나 접촉면의 면적이 마찰력의 크기에 영향을 실제로는 준다. 왜 그런 것일까?

도착질문

1. 힘의 평형과 작용과 반작용의 간단한 차이를 말하자면?
2. 우주 공간처럼 마찰이 거의 없는 곳에서는 물체를 멈추게 하거나 방향을 바꾸기 위해 어떤 방법을 사용해야 할까?

학생들의 질문

분류	질문	대답
	고정 도르래와 움직 도르래를 정확히 구분하는 방법이 뭔가요?	도르래가 움직이냐 고정되어 있느냐. 단지 그 차이입니다;
	원판에서 받침점은 원의 중점일 때 그 위의 물체들 간의 평형 조건은 어떻게 될까?	어;;;???? 이게 무슨 말이지;;? 흠;;?? 원의 중심을 지나는 임의의 직선을 그리고 그 직선을 기준으로 다른 물체들의 균형이 맞으면 될거에요.
	운동 도르래는 아마 물체의 무게에서 1/2^n 만큼의 힘만 들면 될텐데 이걸로 막 피라미드 같은것도 들수있을까?	이론상 피라미드가 강체라면 들 수 있겠지만... 대가리만 똑 떨어질듯;
	포물선으로 움직이는 물체를 식말고 기하학적으로 구하는 방법은 없을까? (Ex 삼각비 사용)	삼각비를 어떤 식으로;;? 그냥 등속운동과 수직 등가속운동을 합쳐서 생각하기도 하죠. 아마 뉴턴 이전에는 모든 운동을 기하학으로 다루었기 때문에 과거의 방법 중에 있을 것 같아요; 그런데.. 오늘날 언어랑 상당히 달라서 이해하기 어렵더라;;;
	힘의 합성을 할 때, 작용하는 힘이 3개 이상이라면, 어떤 방식으로 합력의 크기와 방향을 구할 수 있을까?	보통 각 힘들을 수직, 수평 방향으로 나누어 각 방향의 성분들을 살펴봅니다.
	"우주 공간처럼 마찰이 거의 없는 곳에서는 물체를 멈추게 하거나 방향을 바꾸기 위해 어떤 방법을 사용해야 할까?"라는 질문을 던져보고 싶습니다.	운동량의 변화를 만들어내야 하는데, 외부의 힘들 받을 수 없는 상황이라면, 내부에서 무언가를 버리며 본체의 운동량 변화를 만들어내면 됩니다. 그 대표적인 사례가 로켓이죠. 가스를 밀어내며 본체의 속도변화를 만들어내는 것.
	뉴턴의 운동 방정식이 성립하지 않는 경우가 있을까? 만약 있다면 그때는 어떤 방식으로 그 물체의 운동을 설명해야 할까?	대표적으로 속도가 빠른 상황에서 뉴턴의 운동방정식이 성립하지 않는데, 그땐 상대론을 이용합니다.
	자료에서 운동 마찰력 크기가 일정하지 않게 나와있는데 이건 왜 그런건가요. 운동마찰력 그래프를 보면 변동성이 있는데 왜 운동마찰력이 일정하지 않은지	실제 실험에서 힘을 일정하게 가하는 것도 어렵고, 물체 자체의 굴곡이 있기 때문에 이런 요동이 생긴다고 보면 될 듯. 부록으로. 완벽한 삼각형은 존재하지 않으며, 완벽한 등가속운동 또한 존재하지 않는...
	마찰력을 완전히 없앨 수 있는 상황은 실제로 존재할까?	물체가 없으면 되죠! 우주!! or 공중에서 진공.
	수직항력을 응용한 기술에는 뭐가 있을까	물체를 쌓아 균형을 이루는 설계??
	질량이 한없이 0에 가까운 물체가 있다고 가정하고, 이걸 아무 수치의 힘으로 밀면 어떻게 될까?	무조건 빛의 속도로 나아가게 됩니다. 빛이 그렇죠; 물체라고 보긴 애매하지만;
	질량의 정의가 관성을 표현하는 양이라고 하는데 정의가 너무 애매모호한거 아닌가요? 관성력도 원심력처럼 가상의 힘인데 그걸 정의하는 것이 질량인게… 이해가 안되고 제 느낌에는 이상하네요 질량을 어떻게 다르게 정의할 수 있을까요?	이전에 이야기 했듯, 논리적으로 완벽한 토대가 없습니다; ㅜ 슬픈 일이며, 신비로운 일이죠. 질량이 관성을 표현하는 양..? m = F/a 의 수식으로 이해하면 단번에 이해가 되지 않을까요?? 그 어느 것도 명확하게 정의할 수 없죠. 정의가 아니라 용법을 물어라.
	전기력과 자기력은 어떻게 엮인 것일까?	상대론을 통해서 동일한 힘임이 밝혀졌습니다.
	마찰력이 없는 세상이 있다면??!?	옷도 없을듯;
	자유낙하하는 공간안에 엘레베이터가 잇고 계속 움직일때 그 안에 있는 사람은 지상에서랑 비교햇을때 어떤 영향을 받을지 궁금하습니다	무중력을 느낍니다. ps. 우주비행사 훈련.
	표면장력을 들어본 적이 있는데 궁금해졌습니다.	분자 간 인력. 화학에서 더 자세히 다룰 듯해요~
	마찰계수가 2가 넘어가면 어떠한 현상이 일어날까?	뭐... 엄청나게 큰 일은 안일어날 듯한데;; 흠;;; 마찰시킨 물체들이 빨리 닳아 없어진다든가? 질적인 변화는 없고, 양적인 변화만 있을 것 같아요.
	수직항력이라는것은 어쩌다가 도입된 개념일까? 물체가 물체를 받치는 힘을 틀린 수식을 맞추기위해 도입한건 아닐까?	틀린 수식;;? 뭐가 틀린 거지;;;? 중력이 아래로 작용하는데, 물체가 아래로 떨어지지 않고 책상 위에 멈춰 있으니, 중력을 받고 있는데도 떨어지지 않는 현상에 의문을 갖고 도입한 게 아닐까!!!?!
	물체가 떨어질 때, 지구가 물체를 당기고 물체도 지구를 똑같은 힘으로 당기는데 그럼 두 힘의 크기가 같고 방향이 반대니까 합력이 0이 되어야 하는 거 아닐까? 그런데 왜 물체는 지구로 떨어질까?	이건 작용과 반작용이에요. 작용점이 한 지점이 아니기 때문에. 각각 독립적으로 움직이는거죠.
	선운동량의 보존 법칙이 있으면 각운동량의 보존 법칙도 있나요?	그러하다!! 피켜의 턴, 회축, 덤블링 등 스포츠에서 많이 볼 수 있어요.
	pdf에서 수업 안한 부분 나중에 한번 정리해주실 수 있는지 여쭤보고 싶지만 안된다면 친구들에게 물어보겠스빈다	고급물리 때 할 것!!
	물체가 낙하한 뒤 바닥에 추락한다면 나의 충격량(줄어든 운동량)만큼 지면에 다시 충격량이 발생하고, 그 충격량은 다시 어떤 운동량이 되는 식으로 물리 현상이 이루어지나요? 그렇다면, 그 운동량은 어디로 가나요?	오, 좋은 질문이네요. 운동량은 무조건 보존된다고 했는데, 여기선 보존되지 않는 것처럼 보이니까요! 운동량이 보존되지 않는 건 아니고, 물체의 운동량이 개별 입자의 운동량으로 바뀌고 이것들이 흩어져 보이지 않게 되는거지, 운동량이 보존되지 않는 것은 아닙니다. 입자로 생각하지 않더라도, 운동량이 지구에 전달되면 지구 자체가 너무 거대하기 때문에 우린 느끼지도 못하는거죠.
	위에서도 한 질문인데 힘의 합력이 0일때 왜 등속도 운동이 가능한가?이게 납득이 잘 안가요 실제 상황에서	합력이 0이란 건 해당 물체에 가해지는 가속도가 없다는 이야기겠지요. 가속도가 없다는 건 속력의 변화가 없다는 것..! 실제 상황에서 합력이 0이 되게 하려면 마찰을 적게 만들어줘야 하겠죠. 나무바닥에 민준이를 미끄러뜨리는 것보다, 얼음 위에서 미끄러뜨리면 더 멀리, 등속운동에 가까워지겠죠. 이런 논리로 마찰력을 0으로 만들어주면 등속운동을 하겠구나, 예상할 수 있을 겁니다.
	운동하려는 방향과 반대로 작용하는 게 자동차가 움직이는 예시가 있다고 하셨는데 다시 한번 설명해주실 수 있으신가요?	자동차의 바퀴가 돌기 시작하면, 바닥은 바퀴의 미끄러짐을 막으려 하는데, 이를 막기 위한 방향이 자동차의 진행방향입니다. 그래서 마찰로 인해서 자동차가 나아갈 수 있는 거죠!! 사람이 걷는 것과 같다.
	자동차가 움직일 때 정지 마찰계수를 사용해야 하나요?	넵, 바닥과 미끄러지지 않으면 정지마찰계수, 미끄러지면 운동마찰계수를 사용하면 됩니다~!

상위개념

분류	질문	대답

별로인 질문

분류	질문	대답
	관성계에 대해서 더 알아봐야겠다.	이것이 질문인가.
	어떤 문제집으로 물리를 공부하나요? 어떤 교재로 공부하는것이 좋을까요?	몇 번인가 언급한 듯한데;;
	좋은 수업 감사합니다.	들어주는 사람도 중요하죠...!!

해결하지 못한 질문

분류	질문	대답
	마찰력의 원인에 대한 더 여러가지의 가설이 궁금합니다.	나도 이정도밖에;; 찾아와서 알려주면 세특 ㄱㄱ
	실을 꼬아 만들때, 장력을 기가 막히게 분산시키도록 만들면 거의 끊어지지 않는 줄을 만들 수 있을까?(매듭법 등을 활용해서)	그래도 이론적 한계란 게 있을 듯; 흠;;; 잘 모르겠네;; 조사해서 알려주면 세특;

코멘트

질문	대답
열심히 하겠습니다.	그러지 마세요; 항상 생각하라. 어떻게 하면 꿀을 빨면서도 성과를 낼지. 링컨 '나에게 나무를 벨 6시간의 시간이 주어진다면, 도끼를 가는 데 4시간을 쓰겠다.'(사실은 아닌듯)
물리가 좀 어려워요 기본문제는 괜찮은데 쌤이 주산 문제나 퍼물? 다 너무 어려워요	교과서 문제나 수능특강 등 일반적인 고교 문제집으로 시작하는 것도 나쁘지 않습니다. 내가 준 건 정말 어려운 것들이에요; 하지만, 풀어낸다면 깊은 이해에 도달할 수 있을 듯. => 어딘가 출판사의 문제를 얻어다 드릴게요.
수업할때 어떤 개념을 하나 배우면 그 개념과 관련해서 문제를 하나 제시하고 같이 풀어보는 시간을 가지면 좋을것같습니다.	음, 같이 하나 풀어보자, 생각해 보겠슴둥!

더 나아가기

교과 내용이 너무 쉬워서 더 공부하고 싶은 사람들을 위하여.

보기 전에 먼저 생각해보세요~

수업 후, 흥미로운 것

시간이 남을 때에만 보세요~

답

	힘이란 무엇인가?
	답변	선생님코멘트
	물체의 운동방향, 또는 빠르기를 변화시키는 요인입니다. 힘이란 무언가를 변형하거나 운동 상태를 바꾸는 것 이다. 힘은 물체의 모양을 변하게 하거나, 물체의 운동 상태(속력 또는 방향)를 변화시키는 원인이 되는 물리량을 말합니다. 물체의 운동 상태나 모양을 변화시키는 원인	굳. 변형에 대한 것도 포함되죠!
	일치하게 적용하는 힘은 운동 속력을 바꾸고, 수직하게 작용하는 힘은 운동 방향을 바꾼다. 운동방향과 일치하게 작용하는 힘은 운동하는 물체의 속도를 변화시키고 운동방향과 수직인 힘은 물체의 속도는 변화시키지 못하지만 물체의 운동방향을 변화시킨다.	이건 힘에 대한 게 아니라 힘의 속성!
	서로 상호작용하지 않고 각각의 역할을 한다	오, 성분으로 나누어 독립적으로 생각할 수 있죠. 좋은 특성이에요.
	일치하면 등속운동 수직이면 연직운동을 할 것이다.	뭔소리야;; 방향이 일치하면 등가속운동이지;;; 수직이면 원운동이지;;
마찰력이 유용하게 작용되는 상황은 어떤 것이 있을까?
	답변	선생님코멘트
	계단의 미끄럼방지 패드, 스노우타이어 등이 있을 것 같습니다. 마찰력이 유용하게 작용되는 상황은 자동차 브레이크 같다. 우리가 길을 걸을 때 신발 바닥과 지면 사이에 마찰력이 작용하여 미끄러지지 않고 앞으로 나아갈 수 있는 상황이 대표적입니다. 등산 할 때 등산화가 미끄러지지 않게 한다 걷기나 뛰기, 자동차의 움직임, 물건잡기, 글쓰기,불 붙이기 등이 있다. 마우스에 고무패드를 붙혀 손이 잘 밀리지 않도록 하는것 연필로 글씨를 쓸 때 연필과 종이 사이의 마찰력이 작용하여 글씨가 종이에 남는것이고 성냥을 켤 때도 성냥과 성냥갑 사이의 마찰로 열이 발생하여 불이 붙는다. 자동차를 타고 더 높은 각도를 올라 갈 수 있게 해주고, 빙판 위에서 미끄러지지 않게 해준다. 아기들 양말에 붙어있는 고무부분 덕분에 덜 미끄러지고 걸을 수 있다	아이젠 박거나, 군대에서 자동차 바퀴 철사 감음;
	축구 선수가 얼리 스루 패스를 할 때 공 받는 선수 앞에서 거의 멈추기 위해 필요하다.	마찰이라기보단; 공기저항?
	스케이트를 탈 때 마찰이 얼음 바닥이면 거의 작용하지 않아 멈추지 않고 잘 갈 수 있다. 또한 우리가 걸어갈 때도 운동하려는 방향으로 마찰력이 작용하는 등 일상생활에서 매우 많이 이용된다.	이건 마찰이 없어야 유용한 상황인 듯해요~
	자동차의 정지할 때 스키드마크가 마찰력이 작용해 고무가 마찰열로인해 녹아 자동차가 정지한다.	이건 유용하게 작용되는 상황이 아니라... 그냥 현상이잖아;;
	이번에 언급한 힘이 실생활에 사용되는 예시 1개만.
	답변	선생님코멘트
	도르래이고 엘레베이터에서 쓰인다. 지레의 원리가 가위에 사용된다 3종지레의 원리를 이용한 병따개로 손쉽게 병을 딸 수 있다	지레 관련
	우리가 수영을 할 때 물을 뒤로 밀면 똑같이 물도 우리를 같은 힘으로 반대 방향으로 밀어주면서 앞으로 나아갈 수 있다.	오, 작용과 반작용~
	음 펜이나 샤프를 잡을때 잡는 부분의 재질이 고무?여서 마찰력을 크게하여 잘 안떨어지게함 자동차의 브레이크를 밟았을 때 패드와 바퀴 사이의 마찰력을 이용하여 달리던 차를 멈추게 하는 사례가 있습니다. 겨울철에 눈이 오면 도로가 미끄러워진다. 이 때 미끄럼 사고를 방지하기 위해 모래를 뿌려 표면의 마찰력을 증가시칸다. 계단에 있는 미끄럼 방지 테이프? 매트? 워터파크 미끄럼들에 물을 뿌려서 마찰력을 줄인다. 잘 미끄러지게!!!	마찰 사례
	탄성력을 활용해 스프링이나 다양한 충격 흡수 장치를 만든다.	탄성 사례
	스패너를 사용해 볼트나 너트를 돌리면, 손으로 할 때보다 더 큰 회전력을 발생시킬 수 있습니다.	오, 돌림힘의 특성을 이용한 거죠. ex) 팔씨름
	다리를 건설할때 장력을 고려하여 건설해 무너지지 않고 지탱할 수 있다. 텐트를 칠 때, 줄을 팽팽하기 당겨 텐트를 세우고 줄을 고정한다. 이 줄을 팽팽하게 당기는 장력이 사용되었다.	장력
	힘의 평형과 (작용과 반작용)의 간단한 차이를 말하자면?
	답변	선생님코멘트
	한 물체에 작용하는 힘들의 합이 0인 상태를 힘의 평형이라 하고 작용과 반작용은 두 물체 사이에서 서로 미는 힘의 쌍이다. 힘의 평형은 한 물체에 작용하는 힘들의 합력이 0인 상태를 말하며, 작용 반작용은 서로 다른 두 물체 사이에서 서로 주고받는 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 의미합니다. 힘의 평형은 같은 물체에 힘이 작용하는 것 이지만 작용과 반작용은 서로 다른 물체에 작용하는 힘이다. 힘의 평형은 힘이 서로 상쇄되어 0이 되는 것이고, 작용 반작용은 같은 힘이 다른 대상에 작용한다. { (F1->A<-F2) vs (A->B, B->A) }	굳
	작용과 반작용은 내가 주먹으로 코코넛을 때리면 내주먹도 아프고 코코넛도 아파하는 그런상황이고 힘의 평형은 시위대와 경찰이 서로를 밀고있지만 서로 밀리지 않는 그런 상황이다.	그거를 간단하게, 과학적 용어로 서술하라는 질문이었죠~
	힘의 평형은 작용점이 한개고 작용과 반작용은 주어와 목적어가 바뀌어 작용점이 2개이다.	주어와 목적어가 바뀐다고;;;??? 뭔말이지;; 상대와 나에 대한 주어와 목적어가 바뀐다. ex) 승환이가 휘준이를 때릴 때 휘준이도 승환이를 치는 것과 같다.
	힘의 평형은 실제로 작용하고 있는 것이지만 반작용은 실제로 작용하지 않는 가상의 힘이다.	이런 말을 하는 친구는 확실한 치료법이 있어요.
	힘의 평형은 작용점이 같지만 작용반작용은 서로 반대이다.	작용점이 반대라는 말이 조금 이상한데;

후배들에게 제시해볼 만한 질문
답변		선생님코멘트

생기부 기록 예시

	선생님코멘트
	운동량 보존과 관련한 다양한 질문을 하며 이해를 심화하려 노력하는 등 수업 참여도가 높음.