Theme2. 일차원 운동(직선 운동)
Theme2-2. 가속도 운동
여러분이 차를 사야한다면 어떤 차를 살 건가요? 가격, 디자인, 성능, 옵션, 안전성 모두 고려해야겠죠. 앞으로는 자율주행, 전기차가 더 많아질 것이라는 예상도 할 수 있을 것입니다.
혹시 제로백이라는 말을 들어본 적 있나요? 자동차의 성능을 나타내는 지표 중 하나로, 정지한 상태에서 100km/h가 될 때 까지 걸린 시간을 제로백이라 합니다. 제로백 값이 작을 수록 엔진의 힘이 좋고 자동차의 가속이 잘 붙는다고 할 수 있겠죠.
이렇게 물체의 운동을 나타낼 때는 속도 이외에도 가속도라는 개념이 필요합니다. 오늘은 가속도에 대해 알아보겠습니다.
▲ 이 광고는 자동차의 어떤 장점을 나타내려는 것일까요?가속도(Acceleration)
속도는 한자로 빠를 속, 정도 도 빠른 정도를 의미했습니다.
가속도는 가속되는 정도 즉 빨라지는 정도를 의미합니다.
따라서 가속도는 1초동안 속도가 얼마만큼 변했나를 비교하면 알 수 있습니다.
가속도 : 빨라지는 정도, 1초동안 속도가 얼마냐 변하는가 [단위 : m/s²]
가속도 = 속도 변화량 ÷ 걸린 시간 = (나중속도-처음속도) ÷ 걸린 시간
자동차를 타고 악쎄레다(가속 페달의 속어)를 콱 밟는 상황을 생각해 봅시다.
속도가 점점 빨라지겠죠? 그 때의 속도-시간 그래프와 그 의미를 알아봅시다.
▲ 가속도 운동의 그래프 / A는 스포츠카, B는 경차라고 가정해봅시다.그래프처럼 스포츠카A와 경차B가 동시에 출발하여 가속한다고 해봅시다.
A와 B중에 가속도가 더 큰 것은 무엇일까요? A입니다.
가속도는 똑같은 시간동안 속도 변화량이므로 이를 비교하면
A는 0~5초 동안 5m/s 만큼 속도가 변했으므로 가속도는 1m/s² 입니다.
B는 0~5초 동안 2.5m/s만큼 속도가 변했으므로 가속도는 0.5m/s²입니다.
여기서 v-t그래프의 기울기는 가속도를 의미함을 알 수 있습니다.
(∵ 기울기 = (y축변화량) / (x축변화량) = (속도변화량) / (시간변화량) = Δv/Δt = a 가속도)
지난 번에 v-t그래프 아래의 면적은 변위를 의미한다고 했습니다.
(기억 안나면 여기를 복습하세요 ☞ https://brunch.co.kr/@sunsam14/8)
속도-시간(v-t) 그래프에서 알 수 있는 것
① 기울기 : 가속도
② 면적 : 변위
아래 세 가지 그래프는 각각 속도가 일정한 운동, 점점 빨라지는 운동, 점점 느려지는 운동을 v-t그래프로 나타낸 것입니다.
마찬가지로 그래프를 보고 실제 움직임을 상상할 수 있어야 합니다.
▲ 그래프를 모고 실제 움직임을 상상할 수 있으면 물리가 쉬워집니다.첫 번째는 속도가 일정한 운동 즉 등속도 운동입니다. 여기서 등은 "같을 등"자 입니다.
두 번째와 세 번째는 가속도가 일정한 운동 즉 등가속도 운동입니다.
v-t그래프에서 기울기가 가속도라고 했습니다. 두 그래프 모두 기울기가 일정한 직선입니다.
두 번째 그래프는 속도가 점점 증가하는 운동, 자동차가 악셀을 밟고 가속할 때와 같습니다.
기울기가 우상향하므로 양수 값 즉, 플러스 값을 가집니다.
세 번째 그래프는 속도가 점점 느려지는 운동, 달리던 자동차가 브레이크를 밟고 감속할 때와 같습니다.
기울기가 우하향하므로 음수 값 즉, 마이너스 값을 가집니다.
가속도 운동
우리가 볼 수 있는 물체의 움직임은 다양하지만 크게 속력이 변하는 운동, 방향이 변하는 운동, 둘 다 변하는 운동으로 나눠볼 수 있습니다. 아래 표는 다양한 물체의 운동을 분류한 것입니다.
▲ 다양한 물체의 운동을 분류가속도 운동은 속도가 변하는 운동인데, 속도는 속력과 방향을 모두 포함하는 개념이라 했습니다.
따라서 속력이나 방향 중 한 가지라도 변하면 그 운동은 가속도 운동으로 분류합니다.
수능에 자주 나왔던 등속 원운동도 속력은 일정하지만 방향은 매 순간 바뀌므로 가속도 운동에 해당합니다.
우리가 주목해야 할 운동은 속력이 일정하게 변하고 방향은 변하지 않는 운동입니다.
이런 운동을 등가속도 직선 운동이라 합니다.
다음 시간에는 등가속도 직선 운동에 대해 알아보겠습니다.
