III-4. 힘과 물체의 운동

학습목표

• 힘이 작용하지 않을 때의 운동을 설명할 수 있다.
• 관성의 뜻을 알고 일상생활에서 관성에 의해 나타나는 현상을 설명할 수 있다.

학습목표

• 물체의 작용하는 힘의 크기에 따른 속력 변화를 설명할 수 있다.
• 물체에 힘이 작용할 때 물체의 질량에 따른 속력 변화를 설명할 수 있다.

학습목표

• 힘이 작용할 때 운동 방향이 어떻게 변하는지

설명할 수 있다.

• 원운동하는 물체에 작용하는 힘을 설명할 수 있다.

질량에 반비례한다.

Ⅲ - 4. 힘과 물체의 운동

공이 위로 올라갈 때는 운동하는 방향과 반대 방향으로 중력이 작용해서 속력이 일정하게 느려진다.

2. 작용한 힘의 크기가 같을 때 속력이 변하는 정도는 물체의 질량과 어떤 관계가 있는가?

1. 위로 던진 공이 올라갈 때의 속력 변화를 공에 작용하는 힘과 관련지어 써 보자.

3. (창의·인성) 높은 하늘에서 떨어지는 빗방울에는 중력이 계속 작용하지만 속력은 일정하다. 그 까닭은 무엇일까?

스스로 확인하기

빗방울에 작용하는 중력과 공기의 마찰력이 힘의 평형을

이루어 빗방울에 작용하는 알짜힘이 0이 되므로 빗방울은

일정한 속력으로 떨어진다.

3. 운동 방향과 나란하지 않게 힘이 작용할 때의 운동

■ 힘과 질량에 따른 속력의 변화

질량에 따른 물체의 속력 변화

같은 힘을 작용할 때 운동하는 물체의 속력은

질량이 작을수록 크게 변한다.

물체의 속력 변화는 질량의 크기에 반비례한다.

Ⅲ - 4. 힘과 물체의 운동

■ 힘과 운동 방향의 변화

■ 운동 방향과 수직으로 작용하는 힘

구심력 원운동 할 때 물체를 원의 중심 쪽으로 잡아당기는 힘

■ 힘과 질량에 따른 속력의 변화

힘의 크기에 따른 속력의 변화

운동하는 물체의 속력은 물체에 작용하는

힘이 클수록 크게 변한다.

물체의 속력 변화는 작용한 힘의 크기에

비례한다.

Ⅲ - 4. 힘과 물체의 운동

운동의 변화 운동 방향과 나란하지 않은 방향으로 힘이 작용하면 물체의 운동 방향과 속력이 동시에 변한다.

포물선 운동

운동하는 동안 물체는 지구 중심 방향으로 계속 중력을 받는다.

올라가는 동안 속력이 작아지고, 내려오는 동안 속력이 커진다.

Ⅲ - 4. 힘과 물체의 운동

Ⅲ - 4. 힘과 물체의 운동

1. 속력이 변하는 운동

운동 방향

속력 증가

속력 감소

[1]물체의 운동 방향과 나란하게 힘이 작용할 때

: 물체의 ( )은 변하지 않고, ( )이

일정하게 변한다.

① 힘이 운동 방향과 같은 방향으로 작용할 때:

② 힘이 운동 방향과 반대 방향으로 작용할 때:

속력

2. 운동 방향과 나란하게 힘이 작용할 때의 운동

Ⅲ - 4. 힘과 물체의 운동

Ⅲ - 4. 힘과 물체의 운동

스스로 확인하기

구심력

1. 물체가 등속 원운동을 하기 위해서 필요한 힘을( )(이)

라고 하며, 힘의 방향은 원의 ( ) 방향이다.

중력

힘의 방향

운동 방향과 같은 방향으로

힘을 받는 물체

■ 힘과 속력의 변화

힘의 방향에 따른 물체의 운동 변화

2. (창의·인성) 그림과 같이 날아가는 비행기에서 짐을 떨어뜨렸다. 지면에 서 있는 사람이 볼 때, 짐이 떨어지는 경로를 표시해 보자.(단, 바람이나 공기의 저항은 없다고 가정한다.)

운동 방향과 반대 방향으로

힘을 받는 물체

Ⅲ - 4. 힘과 물체의 운동

물체의 운동 변화

속력이 점점 빨라진다.

속력이 점점 느려진다.

예

• 스키를 타고 내려올 때
• 낙하하는 공의 운동

• 던져 올린 공의 운동
• 운동장에서 굴러가다가

정지하는 공의 운동

스스로 확인하기

1. 운동하는 물체에 힘이 작용하지 않으면 물체는 어떤 운동을 하는가?

등속 직선 운동

2.(창의·인성) 우주 비행사가 우주선을

수리하기 위해 우주선 밖으로 나올 때

비행사는 우주선과 튼튼한 끈으로 연

결되어 있다. 만약 이러한 끈이 없다면

우주 비행사는 어떤 운동을 하게 되며,

그런 운동을 하게 되는 까닭은 무엇일까?

우주 공간에서 우주 비행사에 작용하는 힘이 없으므로, 우주 비행사는 우주선 밖으로 나올 때의 운동하는 관성에 의해 우주선에서 일정한 속력으로 멀리 날아간다.

Ⅲ - 4. 힘과 물체의 운동

■ 물체의 질량과 관성

관성의 크기

물체의 속력과 관계 없이 질량이 클수록 관성이 크다.

관성의 크기와 운동의 변화

질량이 클수록 정지한 물체가 운동하기 어렵다.

운동하는 물체의 질량이 클수록 속력이 변하거나

운동 방향을 바꾸기 어렵다.

Ⅲ - 4. 힘과 물체의 운동

■ 뉴턴의 운동 법칙

F = m a

F: 힘[N], m: 질량[kg], a:가속도[m/s ]

가속도: 1초동안의 속도의 변화량

가속도 a=

속도의 변화량

2

시간의 변화량

시간에 따른 속도의 변화

t=0s v=0m/s

t=1s v=10m/s

t=2s v=20m/s

t=3s v=30m/s

F=ma

m=

a =

F =

Ⅲ - 4. 힘과 물체의 운동

100kg

■ 뉴턴의 운동 법칙

[단위]

F = m a

F: N, m: kg, a: m/s

a= =

= m/s

2

속도의 단위(m/s) m/s

1000N

시간의 단위(s) s

2

m=100kg

F=ma

m=

F =

a =

1000kg

-10,000N

F

t=1s v=

t=2s v=

t=3s v=

시간에 따른 속도의 변화

90m/s

80m/s

70m/s

t=0s v=100m/s

m=1,000kg

F=-10,000N

■ 관성

물체에 힘이 작용하지 않을 때 물체가

현재의 운동 상태를 계속 유지하려는 성질

정지해 있으려는 관성

정지한 물체는 정지 상태를 계속 유지하려고 한다.

정지한 버스가 출발하면 사람은 뒤쪽으로 쏠린다.

Ⅲ - 4. 힘과 물체의 운동

막대기로 이불을 칠 때: 먼지는 제자리에 정지해 있으려는 관성 때문에 이불에서 떨어진다.

운동을 계속하려는 관성

운동하던 물체는 처음의 속력을 유지하려고한다.

→등속 직선 운동을 계속하려고 한다.

달리던 버스가 정지하면 사람은 앞쪽으로 쏠린다.

후춧통을 흔들 때: 후춧가루는 계속 운동하려는

관성 때문에 통에서 밖으로 나온다.

Ⅲ - 4. 힘과 물체의 운동

1. 힘이 작용하지 않을 때의 운동

1. 힘이 작용하지 않을 때 물체의 운동

운동장 바닥을 따라 굴러가는 공은 속력이 점점 줄어들다가 멈춘다.

아리스토텔레스와 갈릴레이는 이 현상에 대한 생각이 달랐다고 한다.

누구의 생각이 옳을까?

(1) 갈릴레이의 사고 실험

실험의 가정: 공과 빗면 사이에는마찰력이 작용하지 않는다.

①

(2) 알짜힘: 물체에 작용하는 모든 힘의 합력

(3) 알짜힘 = 0일 때 물체의 운동: 정지해 있는

물체는 계속 정지해 있고 운동하는 물체는

등속 직선 운동을 계속 한다.

III-4. 힘과 물체의 운동

힘이 작용할 때: 속력이 줄어든다.

②

실험의 결과 예상

• A 위치에서 공을 떨어뜨리면, 맞은편 빗면의 경사에 따라 B, C, D 높이까지 올라갈 것이다.
• 맞은편 빗면을 수평면으로 만들면 등속 직선 운동을 계속할 것이다.(E)

힘이 작용하지 않을 때: 속력이 일정하다.

01 힘이 작용하지 않을 때 물체의 운동

(2) 알짜힘: 물체에 작용하는 모든 힘의 합력

(3) 알짜힘 = 0일 때 물체의 운동: 정지해 있는 물체는 계속 정지해 있고 운동하는 물체는 등속 직선 운동을 계속 한다.

힘이 작용할 때: 속력이 줄어든다.

힘이 작용하지 않을 때: 속력이 일정하다.

교과서 141~143쪽