Theme 1. 역학 기초
Concept 1-1. 물리량(Physical quantity)
역학은 물체의 움직임을 연구하는 학문입니다. 물체는 왜 움직이는가?라는 질문으로부터 시작된 역학은 땅으로 떨어지는 물체의 움직임부터 우주에 탐사선을 보내는 정밀한 작업까지 가능하게 한 기초가 되었습니다.
▲ 화성 착륙선 인사이트의 연착륙 그래픽좀 더 구체적으로 설명해 보겠습니다. 역학은 물체 간에 작용하는 힘과 운동의 관계를 연구하는 학문입니다.
물체에 작용하는 힘, 물체의 움직임(=운동) 등을 분석하여 수학 관계식으로 표현된 법칙을 찾아낸 뒤
그 법칙을 적용해 물체의 움직임을 예측하는데 쓰입니다.
따라서 측정 가능한 어떤 것(=숫자로 표현할 수 있는 양)들 간의 관계식(=수식)이 역학의 표현 방법입니다.
많은 학생이 역학을 어려워하는 이유는 기호와 수식으로 표현된 법칙과 실제 세계의 모습을 연결 짓는데 익숙하지 않기 때문입니다.
사실 고등학교 과정에서 가장 복잡한 운동이라 해봐야 포물선으로 날아가는 공의 운동입니다. 단순한 운동이지요. 우리가 처음 외국어를 배울 때는 단순한 것도 어렵게 느끼지만 점점 익숙해지듯이 물리학 기호들도 익숙해지면 단순 명료하게 보일 것입니다.
▲ 빠따로 친 공이 슝 날아간다~ 를 기호로 표현한 것입니다 익숙해지면 편안해질 거예요.물리량과 물리 법칙에 대해 알아보겠습니다.
물리량은 측정 가능하여 숫자로 나타나는 어떤 양입니다. 힘, 가속도 온도, 질량 등 모든 측정 가능한 양을 의미합니다. 보통 알파벳 기호로 나타냅니다. 힘은 F, 가속도는 a, 온도 T, 질량 m 등으로 간단하게 나타냅니다.
물리 법칙은 물리량들 사이의 관계식을 나타낸 것입니다. F=ma 등이 그 예시입니다.
① 물리량 : 물리학에서 대상이 되는 양으로, 직, 간접적으로 측정되어 수량화되는 양
물리 법칙 : 물리량 사이의 관계를 정립한 것
(기본 물리량 : 길이, 질량, 시간, 전류, 온도, 물질의 양(몰), 조도)
물리량은 두 가지로 구분합니다.
질량, 부피, 시간처럼 크기로만 나타낼 수 있는 물리량을 스칼라량이라 합니다. 일반적인 사칙 연산 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈을 그대로 적용하면 됩니다.
속도, 가속도, 힘처럼 크기가 같더라도 방향을 고려해야 하는 물리량은 벡터량이라 합니다.
② 물리량의 구분
⑴ 스칼라(scalar) 량 : 크기만으로 표시되는 물리량
(온도, 이동 거리, 속력, 넓이, 부피, 질량, 일, 에너지 등)
⑵ 벡터(vector) 량 : 크기와 방향이 함께 표시되는 물리량
(힘, 변위, 속도, 가속도, 전기장, 자기장, 운동량, 충격량 등)
물리량은 수량화된 값입니다. 따라서 이 값들의 기준을 정해야 합니다. 그렇게 정한 것이 단위입니다.
SI단위계(International system of unit) 혹은 국제 표준 단위계를 약속하고 이를 전 세계에서 사용합니다.
미국과 영국은 feet, yard 등의 단위를 쓰는데 국제 표준 단위계는 meter입니다. 이를 혼동하여 1998년에 발사한 화성 기후 탐사선은 결국 추락하고 임무에 실패합니다. 이때 날려먹은 금액만 당시 달러로 3.3억 달러 정도라고 합니다.
▲ 화성 기후 궤도선, 약 3500억을 날렸다SI 기본단위는 총 7가지가 있습니다. 길이(m), 질량(kg), 시간(s), 전류(A), 온도(K), 몰 질량(mol), 광도(cd)
물리 법칙으로 표현된 7가지 기본 단위의 관계식을 통해 유도 단위를 정립합니다. 예를 들어 일의 단위인 J는 Nm이고, 힘의 단위인 N은 kgm/s이고, 압력의 단위인 Pa는 N/m²입니다.
① 단위의 필요 : 물리량은 수량화된 값이다. 이 값들의 기준이 단위이다.
② SI 기본단위 : 길이(m), 질량(kg), 시간(s), 전류(A), 온도(K), 몰 질량(mol), 광도(cd)
③ 유도 단위 : 물리 법칙으로 표현된 기본 단위 사이의 관계식으로 유도 단위를 정립.
여러분이 반드시 알아야 하는 내용은 네모 안에 있습니다.
자기만의 정리 노트를 만들고 싶은 학생은 네모 안의 내용을 정리하면 됩니다.
또 각 Theme의 마지막에는 빈칸 채우기 문항을 넣어 복습하도록 만들었습니다.
시중의 거의 모든 출판사와 내용을 포함하였고, 교육과정에 나오지 않는 것도 모두 포함하였습니다.
쉽게 설명하려 애썼지만 쉽지는 않습니다. 현실 세계를 추상적인 기호로 표현했으니 익숙해지는데 노력이 듭니다. 다만, 물리학을 알면 분명히 세상이 더 깊게 보이고 보이지 않는 것까지 볼 수 있는 시야가 열립니다.
같이 가봅시다.
