운동과 힘의 관계
뉴턴의 제1법칙인 관성의 법칙은 "정지 상태나 등속선운동의 상태는 변하지 않는다"고 말하는데, 이는 뉴턴의 고유한 성질이다. 그것은 관성입니다. 즉, 운동을 유지하기 위해 힘이 필요하지 않습니다. 힘은 물체의 운동 상태를 변경하는 이유입니다.
그렇다면 운동과 힘의 관계를 어떻게 더 깊이 이해할 수 있을까요? 간단한 요약은 다음과 같습니다. 1. 물체에 가해지는 순 외부 힘이 0이면 물체는 정지 상태를 유지하거나 균일한 선형 운동을 유지합니다. 이것이 우리가 평형 상태라고 부르는 것입니다. 반대로, 물체가 평형 상태에 있다면, 그 물체에 가해지는 외부 힘의 합력은 0이어야 합니다. 2. 물체에 가해지는 순 외부 힘이 0이 아니면 물체는 가변 속도로 움직일 것입니다. 즉, 물체 속도의 크기나 방향이 바뀔 것입니다. 물체가 가변 속도로 움직이는 경우 물체가 받는 외부 힘의 합력은 0이 되어서는 안 됩니다.
학생들이 종종 알아내지 못하는 몇 가지 질문이 있습니다. 예를 들어, "물체가 외력을 받지 않거나 결합된 외력이 0이면 일정한 속도 또는 정지된 상태를 유지하게 됩니다. 이는 이해할 수 있습니다. 원래 정지되어 있는 물체가 어떻게 움직일 수 있습니까?" 그것은 원래 정지되어 있고, 외부 힘의 영향을 받지 않는다면 계속될 것입니다. 정지 상태에 있으려면 정지 상태에서 운동 상태로 바뀌기 전에 일정한 힘의 영향을 받아야 하며, 우리가 지금 연구하고 있는 과정에서는 그렇지 않습니다. 더 이상 어떤 힘도 받지만 이 속도를 유지하며 일정한 속도로 직선으로 전진합니다.
예를 들어 우주 로켓이 뒤쪽으로 화염을 분사하면 반력을 받아 속도가 계속 증가하는 과정인데, 이는 힘을 가하면 운동 상태가 정지 상태에서 운동 상태로 바뀌는 과정이다. 작은 것에서 큰 것으로 변화합니다. 마지막 순간에 화약 가스가 분사되어 속도가 7.9km/초에 도달하면 더 이상 힘을 받지 않으며 속도는 더 이상 변하지 않으며 영원히 이 속도로 계속 전진합니다. 물론 실제로 이 시점의 속도와 높이 조건에서는 여전히 지구의 중력에 영향을 받으며 이 힘의 방향은 이동 방향과 수직이므로 이동 방향은 다음과 같습니다. 지속적으로 변화합니다. 마찬가지로 힘은 운동 방향과 수직이기 때문에 운동 속도에는 영향을 미치지 않습니다. 따라서 전체적으로 균일한 원 운동으로 움직일 것입니다.
또 다른 질문은 움직이는 물체가 0이 아닌 힘을 받으면 모션 상태가 어떻게 변하는가입니다. 한 단어로 설명하기는 어렵습니다. 이는 여러 상황에서 논의될 수 있습니다. 1. 방금 언급한 로켓이나 위성처럼 가해지는 힘이 운동 방향에 수직인 경우 위성은 원래의 운동 속도를 유지하고 등속 원운동을 하게 됩니다. 2. 힘의 방향과 운동의 방향이 일치하면 운동은 점점 더 빨라질 것입니다. 즉 가속됩니다. 예를 들어, 자동차가 출발한 후 운전자가 계속해서 가속 페달을 높이면 견인력이 이동 방향과 일치하여 가속됩니다. 반대로, 움직이는 자동차의 운전자가 브레이크를 밟아도 자동차는 일정 거리만큼 앞으로 돌진해야 합니다. 이때 물체는 견인력은 없고 마찰력만 작용합니다. 즉, 힘의 방향은 운동 방향과 반대가 됩니다. 왜 이때 힘의 방향은 뒤로 가는데 자동차는 계속해서 앞으로 나아가고 있는 걸까요? 자동차에는 관성이 있기 때문에 원래의 운동 상태를 유지해야 하지만, 힘 때문에 운동 상태가 바뀌고 움직임이 느려지고 결국 정지하게 됩니다. 힘은 물체의 움직임의 원인이 아니라 물체의 운동 상태를 변화시키는 원인일 뿐이라는 것을 알 수 있습니다. 어떤 학생들은 그것을 이해하지 못했습니다. 공을 차지 않으면 공이 움직이지 않는 것은 힘 때문이 아닐까요? 이것은 정확하지만 두 가지 점을 보여줍니다. (1) 공을 차는 힘이 공을 움직이게 합니다. (2) 힘이 공의 운동 상태를 변경합니다. 그러나 공이 날아간다면 우리가 관찰하는 기간과 거리 동안은 처음부터 힘을 받았을 때만 움직이고 땅의 저항과 저항으로 인해 천천히 정지한다고 말할 수는 없습니다. 공기는 여전히 힘이 물체의 운동 상태를 변화시키는 원인임을 보여줍니다. 학생들이 오해하는 이유는 우리 주변의 사물이 실제로 땅에 비해 고정되어 있기 때문입니다. 사실, 우주의 많은 물체는 원래 움직이고 있으며, 움직임과 정지는 본질적으로 상대적입니다. 또한 우리의 결론과 원칙은 연구가 수행된 특정 기간과 관련이 있습니다. 그러므로 힘이 물체의 운동상태를 변화시키는 원인이라는 판단이 문제의 본질에 이르게 된다.
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