가속도 a 란? (물리학1)

물리 상식

안녕하세요, 아이작입니다.  

이 글을 읽는 학생 혹은 지나가던 분들은 가속도를 어떻게 이해하고 계신가요?  

물리를 공부하는 학생들에게 조금이나마 도움이 되고자, 글을 적게 되었습니다. 

최대한 수식은 배제하고 '가속도' 하면 학생들이 이러한 이미지와 느낌을 가졌으면 하는 마음으로 시작하겠습니다.    

우선, 가속도가 존재한다는 의미는 '속도가 변한다' 혹은 '변하고 있다' 라는 뜻 입니다.  

그렇다면 속도는 왜 변하는 걸까요? 

뉴턴의 관성의 법칙에 따르면

외력(F)이 작용하지 않는다면, 정지한 물체는 계속 정지해 있고 일정한 속도로 움직이던 물체는 계속 움직입니다 

즉 속도가 변했다는 것은 반대로 외력(F)이 작용했다고 볼 수 있는 것입니다. 

외력은 마찰력이든 공기저항이든 직접 물체를 밀든, 물체에 작용하는 어떠한 힘도 될 수 있습니다.   

조금만 더 나아가서, 그렇다면 이러한 힘과 가속도는 어떠한 관계가 있을까요?

결론부터 말씀드리면 두 인자는 비례하는 관계 입니다.  

F=힘, M=질량, A=가속도

이 식이 가지는 의미는 다음시간에 알아보도록 하고, 단순히 수식적으로 보면 F(힘)과 A(가속도)는 같은 차원을 가집니다.  

즉, F가 1차 함수라면 A도 같은 형태의 1차 함수가 되는 것입니다. 단순히 F-t 그래프의 y축 값을 물체의 질량으로만 나누어 준 그래프가 a-t 그래프가 되는 것입니다.  

아래 예시를 보면 이해가 되실 겁니다.  

fig-1

질량 2kg 물체가 다음과 같은 가속도 운동을 했다고 가정하겠습니다. 

16초동안 물체가 받은 F(힘) 그래프는 어떻게 될까요?  

그렇습니다. 형태는 저 모양 그대로, Y축 a값만 바꿔 주어 그리면 되는 것입니다. 

fig-2

y축 a값에 질량2kg 씩을 곱하면 위 그림과 같이 그려지게 됩니다.    

결론적으로, 제가 말씀드리고 싶은 요점은 다음과 같습니다.  

일반적으로 a-t그래프를 속도에만 연관짓는 학생들이 많은데요,

가속도 그래프를 힘에 관한 그래프로도 보는 것이 가능하며, 이것은 충격량과 운동량의 개념과도 연관지을 수 있게 됩니다.  

물체가 받은 충격량 (F X t) 는 해당 F-t그래프의 면적이 되며,  4x4 + (-4x4) + 4x8 = 32 임을 알 수 있게 됩니다.  

물리과목에서 역학 부분은 고득점을 결정짓는 중요 부분입니다. 

속도,가속도, 힘, 운동량, 충격량, 에너지 요소들을 연관지어 생각할 수 있어야 하며, 수능 문제 또한 특정 부분만 물어보지 않고 복합적으로 나오는 추세입니다.  

오늘은 가속도의 개념부터 힘 -> 충격량 까지의 연관성에 대해 조금 알아보았고, 다음시간에 더 유익한 정보로 찾아 뵙겠습니다. 감사합니다^^