물리학:힘의 상호작용 편집하기


{{22개정 물리학}}

== 배우는 이유 ==
{| class="wikitable"
!흥미적
이유
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*

=== 출발질문(마지막까지 학습한 후에 대답해보세요~) ===

# 힘이란 무엇인가?
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!직업적
이유
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* 각종 이공계 학문의 기초.
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!학문적
이유
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* 운동을 표현하는 방식과,
* 간단한 힘에 대하여
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!너희들은?
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* 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.
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!배워야 할 것
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* 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.
|}

== 도입 ==
<youtube>https://www.youtube.com/watch?v=FqQaImaItTU</youtube>

== 학습 ==

=== 영상 ===
{| class="wikitable"
!수업
!영상
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== 수업요약 ==

=== 핵심개념 ===
{| class="wikitable"
!개념
!설명
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|}

=== 전개질문 ===

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

=== 도착질문 ===

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

=== 생각해볼 만한 질문 ===

*

== 학생들의 질문 ==
{| class="wikitable"
!분류
!질문
!대답
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|개념
|최대정지마찰력이 1이 넘기가 힘들다 했는데 넘는 경우는 어떤 경우가 있나요????
|너... 수업 안들었지.
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|고정 도르래와 움직 도르래를 정확히 구분하는 방법이 뭔가요?
|도르래가 움직이냐 고정되어 있느냐. 단지 그 차이입니다;
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|
|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;
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|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;;;
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|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.
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|"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.
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|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.
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* 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...
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|마찰력을 완전히 없앨 수 있는 상황은 실제로 존재할까?
|물체가 없으면 되죠! 우주!! or 공중에서 진공.
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|수직항력을 응용한 기술에는 뭐가 있을까
|물체를 쌓아 균형을 이루는 설계??
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|질량이 한없이 0에 가까운 물체가 있다고 가정하고, 이걸 아무 수치의 힘으로 밀면 어떻게 될까?
|무조건 빛의 속도로 나아가게 됩니다. 빛이 그렇죠; 물체라고 보긴 애매하지만;
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|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??
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|전기력과 자기력은 어떻게 엮인 것일까?
|상대론을 통해서 동일한 힘임이 밝혀졌습니다.
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|마찰력이 없는 세상이 있다면??!?
|옷도 없을듯;
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|자유낙하하는 공간안에 엘레베이터가 잇고 계속 움직일때 그 안에 있는 사람은 지상에서랑 비교햇을때 어떤 영향을 받을지 궁금하습니다
|무중력을 느낍니다.
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|표면장력을 들어본 적이 있는데 궁금해졌습니다
|분자 간 인력. 화학에서 더 자세히 다룰 듯해요~
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|마찰계수가 2가 넘어가면 어떠한 현상이 일어날까?
|뭐... 엄청나게 큰 일은 안일어날 듯한데;; 흠;;;
마찰시킨 물체들이 빨리 닳아 없어진다든가?
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|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!!!?!
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|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.
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|선운동량의 보존 법칙이 있으면 각운동량의 보존 법칙도 있나요?
|그러하다!! 피켜의 턴, 회축, 덤블링 등 스포츠에서 많이 볼 수 있어요.
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|pdf에서 수업 안한 부분 나중에 한번 정리해주실 수 있는지 여쭤보고 싶지만 안된다면 친구들에게 물어보겠스빈다
|고급물리 때 할 것!!
|}

=== 상위개념 ===
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!분류
!질문
!대답
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=== 별로인 질문 ===
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!분류
!질문
!대답
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|포물선 운동에서 대각선에서 발사하면 중력의 방향이 변하는데 그때는 어떻게 계산하나요.
|이전에 설명한 바 있습니다.
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|관성계에 대해서 더 알아봐야겠다.
|이것이 질문인가.
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* 어떤 문제집으로 물리를 공부하나요?
* 어떤 교재로 공부하는것이 좋을까요?
|몇 번인가 언급한 듯한데;;
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|좋은 수업 감사합니다.
|들어주는 사람도 중요하죠...!!
|}

=== 해결하지 못한 질문 ===
{| class="wikitable"
!분류
!질문
!대답
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|마찰력의 원인에 대한 더 여러가지의 가설이 궁금합니다.
|나도 이정도밖에;; 찾아와서 알려주면 세특 ㄱㄱ
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=== 코멘트 ===
{| class="wikitable"
!질문
!대답
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|열심히 하겠습니다.
|그러지 마세요; 항상 생각하라. 어떻게 하면 꿀을 빨면서도 성과를 낼지.
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|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.
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|}

= 더 나아가기 =
교과 내용이 너무 쉬워서 더 공부하고 싶은 사람들을 위하여.{{접기|제목=보기 전에 먼저 생각해보세요~|내용=|형태=mw-collapsed toccolours}}

=== 수업 후, 흥미로운 것 ===
시간이 남을 때에만 보세요~

= 답 =
{| class="wikitable"
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! colspan="2" |힘이란 무엇인가?
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!답변
!선생님코멘트
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* 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!
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* 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!
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|서로 상호작용하지 않고 각각의 역할을 한다
|오, 성분으로 나누어 독립적으로 생각할 수 있죠. 좋은 특성이에요.
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|일치하면 등속운동 수직이면 연직운동을 할 것이다.
|뭔소리야;; 방향이 일치하면 등가속운동이지;;;
수직이면 원운동이지;; 
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! colspan="3" |마찰력이 유용하게 작용되는 상황은 어떤 것이 있을까?
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!답변
!선생님코멘트
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* 가속도를 수직 성분과 수평 성분으로 나누어 분석하는 이유는 각 방향에 작용하는 힘이 서로 독립적이기 때문입니다 이를 복잡한 분석하기 어려운 운동을 두 개의 단순한 운동으로 분리하여 훨씬 쉽게 계산할수 있습니다. 예시로는 포물선 운동이 있습니다 서로 힘을 분리하여 풀지 않는다면 풀기가 어렵지만 분해하면 상대적으로 쉬워집니다
* 각 방향의 힘의 성분을 알 수 있어서 물체가 받는 합력을 구하기 편하다.
|뭐라는거야;;; 설문 바꿔둬라;;;
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* 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.
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|아이젠 박거나, 군대에서 자동차 바퀴 철사 감음;
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|축구 선수가 얼리 스루 패스를 할 때 공 받는 선수 앞에서 거의 멈추기 위해 필요하다
|마찰이라기보단; 공기저항?
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* 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~
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* 자동차의 정지할 때 스키드마크가 마찰력이 작용해 고무가 마찰열로인해 녹아 자동차가 정지한다.
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|이건 유용하게 작용되는 상황이 아니라... 그냥 현상이잖아;;
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! colspan="2" |이번에 언급한 힘이 실생활에 사용되는 예시 1개만.
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!답변
!선생님코멘트
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* 도르래이고 엘레베이터에서 쓰인다.
*지레의 원리가 가위에 사용된다
*3종지레의 원리를 이용한 병따개로 손쉽게 병을 딸 수 있다
|지레 관련
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|우리가 수영을 할 때 물을 뒤로 밀면 똑같이 물도 우리를 같은 힘으로 반대 방향으로 밀어주면서 앞으로 나아갈 수 있다.
|오, 작용과 반작용~
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* 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?
|마찰 사례
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* 탄성력을 활용해 스프링이나 다양한 충격 흡수 장치를 만든다.
|탄성 사례
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* 스패너를 사용해 볼트나 너트를 돌리면, 손으로 할 때보다 더 큰 회전력을 발생시킬 수 있습니다.
|오, 돌림힘의 특성을 이용한 거죠.
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* 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
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! colspan="2" |힘의 평형과 (작용과 반작용)의 간단한 차이를 말하자면?
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!답변
!선생님코멘트
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* 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
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|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~
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|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.
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* 힘의 평형은 실제로 작용하고 있는 것이지만 반작용은 실제로 작용하지 않는 가상의 힘이다.
|이런 말을 하는 친구는 확실한 치료법이 있어요.
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|힘의 평형은 작용점이 같지만 작용반작용은 서로 반대이다.
|작용점이 반대라는 말이 조금 이상한데;
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! colspan="3" |후배들에게 제시해볼 만한 질문
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! colspan="2" |답변
!선생님코멘트
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= 생기부 기록 예시 =
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!선생님코멘트
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= 각주 =
[[분류:22개정 물리학]]