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조카의 질뭉
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제가 공부하다가 의문점을 발견했는데 좀 답변해주시면 감사하겠습니다.
1.마찰이 없는 어떤 평면에서 물체를 등속으로 이동시킨다면 일의 양이 [0J]인 이유가 무엇인가요?
아무튼 이동을 시키기 위해서는 약간의 힘이라도 필요할텐데, 이럴때는 이르이 양이 [무한대J]이 되어야 하는게 아닐까요? 왜냐면 일정한 힘을받고 다른 힘을받기전까지는 그 힘의 방향으로 계속 등속도운동을 할테니까요.
2. 물체를 어떠한 평면에서 끌어당겼다면 그 일은 마찰력에 대한 일이 되죠? 그런데 여기서 힘관계는
{마찰력=물체에 가한 힘}이 된다고 하는데 물체를 이동시켜려면 마찰력보다 더 큰 힘을 가해야 이동할 겁니다.
그래서 {마찰력<물체에 가한 힘}이 되어야 하는게 아닌가요?
3.`질량이 2kg인 물체를 5N의 힘으로 힘의 방향으로 3m 이동시켰다.`
그런데 이 말귀를 보다가 이상한 점을 발견했는데요. 2kg=19.6N이므로 힘 차이는 14.6N이 되지요.
그러므로 5N의 힘으로는 물체를 이동시키지 못할겁니다. 그러면 움직이지도 못하는 것을 이동시켰다 하므로 이것은 넌센스가 아닌가요?
위 세 질문이 해결된다면 아무래도 이해하는데 큰 도움이 될것 같습니다.
답변해주시면 감사하겠습니다.
이모부의 답장 메일
>1.마찰이 없는 어떤 평면에서 물체를 등속으로 이동시킨다면 일의 양이 [0J]인 이유가 무엇인가요?
"물리학에서 외워야하는 법칙이 10개 이내인데, 그중에 하나가 F=ma 입니다."
마찰이 없는 평면에서의 "등속도운동" 이라는 것에 보면, 가속도가 0이라는 이야기입니다.
물론, 언제인가 힘이 주어져서 움직이기 시작했으니 힘이 작용했던 적은 있지만, 우리가 관찰하고 있는 동안에는
가속도가 0이고 해서 힘이 0입니다. W=FS이니 F=0이면 당연히 W는 0이 됩니다.
실제로도 이와 가까운데, 우리가 알고 있는 자기부상열차의 경우, 이러한 원리를 이용하려는 노력입니다.
자기부상으로 무거운 열차가 레일에 닫지않고 뜨게되면, 공기저항등의 마찰이 있지만, 마찰력이 많이 줄게 됩니다.
그러면, 속도를 가속할때는 힘이 들지만, 직선 코스에서는 거의 일을 하지 않아도 등속도로 움직이게 됩니다.
여기서 "일을 하지 않는다"는 의미를 보면, "일=에너지"라고 했죠. 즉, 에너지 없이 계속 갈 수 있다는 것입니다.
그래서, 자기부상열차의 연구가 중요한데,
그러면, 자기부상열차는 정말 에너지가 적게드나?라는 문제가 되죠.
사실은 자기부상이라는 현상을 보아야하는데, 자석끼리 밀치는 힘이기 때문에
이러한 자력을 띠게하기 위해 전기가 소모됩니다. (전자석이라는 얘기)
하지만, 아주 낮은 온도가 되면, 전기의 소모가 극히 적게도 강력한 자기력이 생기게 됩니다. (극저온현상)
그러면, 이제 낮은 온도를 유지하기 위한 비용이 고민되겠죠.
그래서, 최근 연구되는 분야중에 하나가
높은(실제로는 영하이지만, 극저온보다는 고온) 온도에서도 극저온현상인 초전도자석이 되는 물질을 개발하는 연구가 활발합니다.
>2. 물체를 어떠한 평면에서 끌어당겼다면 그 일은 마찰력에 대한 일이 되죠? 그런데 여기서 힘관계는 {마찰력=물체에 가한 힘}이 된다고 하는데 물체를 이동시켜려면 마찰력보다 더 큰 힘을 가해야 이동할 겁니다.
그대의 지적이 맞습니다.
물체에 가한임 - 마찰력이 그 물체를 가속하게 되는 힘이 되고,
그래야 정지했던 물체가 움직이겠죠.
그런데, 그 차이가 얼마나 되냐는 것입니다.
즉, 아주 천천히 움직인다면, (처음 덜컥하면서, 움직이기 시작할 때는 물체에 가한힘이 크지만 그 이후는 물체에 가한 힘이
줄게됩니다. 그러한 초기 시작부분은 따로 보면) 이 차이가 거의 없다고 본다는 것입니다.
그러면, 초기에는 어떤가 보면, 초기의 마찰력(정지마찰력)은 움직일때 나나나는 마찰력(이동마찰력) 보다 큽니다.
이는 마찰표면의 형태에 기인한 것인데, 하여, 대부분의 고등학교 물리에서는 초기 현상을 생략하는 경우가 많습니다.
>3.`질량이 2kg인 물체를 5N의 힘으로 힘의 방향으로 3m 이동시켰다.`
그런데 이 말귀를 보다가 이상한 점을 발견했는데요. 2kg=19.6N이므로 힘 차이는 14.6N이 되지요....
ㅎㅎ. 하지만, 당기는 힘이 수직인가 아닌가의 문제를 보아야 합니다.
수직이라면, 당연히 움직이지 않지만, 아마도 이문제의 경우는 옆으로 끄는 경우 일 것입니다.
답변이 되었나 모르겠지만,
그래도 궁금한 점이 있다면 메일 주세요.
메일 점검은 차임에 한번씩 하니. 보통 답장이 하루나 이틀 뒤에 가게 됩니다.
ㅎㅎ 그럼 좋은 하루.
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