여러 가지 힘

힘을 화살표로 나타내기

바닥에 놓인 상자 하나에도 힘은 여러 개가 동시에 작용한다. 지구는 상자를 아래로 당기고, 바닥은 상자를 위로 떠받치며, 옆에 자석이 있으면 자석 쪽으로 끌리고, 바닥은 그 끌림을 버티는 마찰력을 낸다. 이 힘들을 한 그림에 화살표로 그려 두면, 어느 힘이 어느 힘과 맞서는지와 상자가 왜 움직이지 않는지를 한눈에 볼 수 있다.

그림에서 화살표 1 N은 같은 길이로 그렸다. 빨간 중력과 파란 수직항력은 둘 다 10 N이라 길이가 같고 방향만 반대다. 자석이 끄는 힘을 0 N에서 5 N까지 올리면 초록 자기력과 주황 마찰력이 함께 길어지는데, 상자가 멈춰 있는 동안 두 화살표는 언제나 같은 길이다. 화살표 끝의 점은 작용점이다. 중력과 자기력은 상자 가운데에, 바닥이 주는 수직항력과 마찰력은 바닥과 닿은 면에 붙어 있다.

닿아야 하는 힘, 떨어져도 되는 힘

중력은 닿아야 생기는 힘이라고 생각하기 쉽지만, 공중에 던진 공도 아래로 떨어지듯 지구와 닿지 않아도 작용한다. 또 마찰력은 물체가 움직일 때만 생긴다고 여기는 경우가 많은데, 그림처럼 상자가 멈춰 있어도 끄는 힘이 있으면 같은 크기로 버티는 마찰력이 생긴다. 끄는 힘이 0일 때는 마찰력도 0이라는 점도 함께 확인해 둔다.

힘의 크기와 단위

시험 포인트 정리

이 그림에서 위아래 힘과 좌우 힘이 짝을 이뤄 상자가 멈춰 있었던 것은 힘의 평형이다. 다음 장에서는 중력과 탄성력을 더 자세히 보고, 용수철이 늘어난 길이로 힘의 크기를 재는 방법을 배운다. 마찰력이 어디까지 버티다가 상자를 놓아주는지는 마찰력 장에서 이어진다.

예제와 단원평가

힘에 관한 문제는 먼저 물체를 하나 정하고, 그 물체에 작용하는 힘을 하나씩 적는다. 각 힘마다 무엇이 주는 힘인지, 닿아서 생기는지 떨어져서도 생기는지, 방향이 어느 쪽인지를 확인한 뒤 화살표 길이를 크기에 맞춰 그리면 접촉력과 비접촉력을 가르는 문제와 크기를 비교하는 문제를 함께 풀 수 있다.