안녕하세요!
교육멘토 승리쌤 입니다.
물리 공부하시는데 궁금하신점이 있으셔서
질문을 달아주셨는데 거기에 맞는 해답을 작성을 해드리도록 하겠습니다.
1. 압력이 뭐죠?
★압력의 개념과 단위
압력의 개념 물체(고체,액체,기체)내부 임의의 면에서 단위면적당 서로 다른 부분이서로 미치는 힘을 어느 일면을 중심으로 다른쪽에 힘을 응력이라 하고,응력은 면에 수직방향의 응력성분인 법선응력과 면에 접선 방향의 응력성분인 접선응력이 있고 공학적인 측면에서 응력은 방향성을 갖는 벡터량이며 압력이라 하면 현상면의 단위 면적당 작용하는 법선 방향의 무 방향성의 스칼라량적인 힘으로서 정의한다. 또한 임의 그 면을 누르는 방향으로 작용하는 힘을 압력이라 하고,인장시키는 방향으로 작용하는 힘을 장력이라 하는데, 이 압력과 장력을 총칭해서 압력 또는 장력이라 부른다. 아래 그림에서 밀도가 일정한 정치된 액체라고 하면 그 면의 방향에 관계없이 일정한 스칼라 량이다. 밀도가 일정한 정지 액체내에 임의의 어떤 점을 P1 이라 하고, 그 점 보다 h 만큼의 낮은 다른점의 압력을 P2 라하면 P2 - P1 =ρ g h 인 관계가 있다. 여기서 동일수면에 어떤 각점의 압력은 동일하다. 아래 그림에서 밀도가 높이에 따라 즉, 기체에서는 P2 - P1 = ρ g dh 가 된다.
2. 왜 바닥에 깔린돌의 밑에는 물 입자가 없없는데 모든 방향에서 압력이 작용한다하죠?
★물질의 상태
물질의 세 가지 기본적인 상태: 고체(solid) : 부피와 모양이 분명함 액체(Liquid) : 부피는 가능하나 모양이 일정치 않음 이러한 정의는 어딘가 좀 인위적임 기체(gas) : 담을 수 없음, 부피나 모양을 정할 수 없음 물질의 상태 아스팔트, 유리, 프라스틱은 보통 상태에서는 고체이나, 긴 시간으로 보면 액체처럼 흐르는 것으로 보임. 거의 모든 물체는 온도나 압력에 따라서 고체, 액체, 기체(또는 이 상태들의 결합)상태 모두를 가질 수 있음
= 일반적으로 어떤 물질에 외력이 작용해서 형태를 변화시키는데 걸리는 시간에 따라 물질은 고체, 액체 또는 기체로 결정할 수 있다.
3. 작용 반작용은 왜생기죠?
작용과 반작용은 정확히 같은 힘으로 서로에게 영향을 줍니다. 작용이 없으면, 반작용도 없습니다. 빛이 밝을수록 그림자도 짙어지는 것처럼, 작용이 강할수록 반작용도 강해집니다. 이 둘은 동떨어진 것이 아니라, 한 짝입니다.
4. 전기력은 왜생기죠?왜 잡아당기나요?
전기력이란 우리 주변의 여러 물체들 중에는 전하를 가지고 있는 물체가 있습니다. 이러한 전하를 갖고 있는 물체 사이에서 전하의 종류에 따라 서로 끌어당기거나 밀어내는 힘이 발생하는데, 이러한 힘을 바로 전기력이라고 합니다. 전하는 양(+) 전하와 음(-) 전하로 나뉘는데, 이 때 서로 같은 전하끼리는 밀어내고, 다른 전하끼리는 끌어당기는 힘이 발생하는 것입니다. 우리가 잘 알고 있는 자기력과 그 성질이 비슷하지요? 자기력과 마찬가지로 전기력 또한 두 전하의 거리가 멀수록 약해지고, 가까울수록 강해집니다. 또한 물체가 가지고 있는 전하의 양이 많을수록 전기력도 강해지는 성질을 가지고 있습니다.
5. 관성은 왜생기죠?
관성(慣性)은 물체에 작용하는 힘의 총합이 0일 때, 운동의 상태를 유지하려는 경향을 말하며, 운동의 상태가 변할 때 물체의 저항력이다. 주로 버스 등이 출발할 때 정지해 있으려는 승객들이 뒤로 쏠리는 현상, 그리고 급정거할 때 계속 운동하려는 승객들이 앞으로 쏠리는 현상으로 설명된다. 관성의 원리는 물체의 운동과 적용된 힘에 의해 영향을 받은 물체를 기술하는데 사용된 고전 물리의 기본적인 원리의 하나이다. 관성의 영명인 이너티아(inertia)의 어원은 '게으르다, 쉬다'라는 뜻을 가진 라틴어 'iners'이다. 아이작 뉴턴은 그의 책 자연철학의 수학적 원리에서 관성을 제 1 법칙으로 정의했다.
뉴턴의 운동법칙중 제 1법칙인 "관성의 법칙"에서 뉴턴은 관성을 '외부 힘이 가해지지 않으면 물체는 일정한 속도로 움직인다'고 정의했다. 힘에 의해 속력과 방향이 변하기 전까지 물체는 항상 기존의 운동상태대로 움직이려고 한다는 의미이다. 움직이지 않는 물체가 힘이 작용하기 전까지 정지상태로 유지되는 것도 포함한다.
지구상에선 마찰력, 공기의 저항, 중력 같은 것이 관성이 유지되지 못하게 한다. 이런 힘들은 관성을 상쇄하여 물체가 결국은 정지하게 만든다. 그래서 아리스토텔레스 같은 학자들은 물체는 힘이 가해질 때만 움직이게 되는 것이라고 믿었다.
질량은 관성의 수치적인 측정량이다. 질량의 단위는 SI 단위계에서 킬로그램(kg)이다. 관성(질량)은 뉴턴 역학에서 외부힘에 대해 저항하는 정도를 말한다. 정지한 물체에 힘이 가해지지 않으면 그 물체는 정지를 계속한다. 운동하는 물체에 힘이 가해지지 않으면 그 물체는 운동 상태를 바꾸지 않고 등속 직선운동을 계속한다. 이것이 뉴턴의 제1법칙이다.
=관성이 크면 같은 힘 
을 더해도 가속도 
는 작아진다. 여기서 질량 
의 값의 크기는, 이 값은 각 물체의 관성의 크고 작음을 나타내는 양을 말하며 관성 질량으로 불린다.=
6. 전항력이 왜생기죠?
전향력이 생기는 이유
우리 집 세면대에 물을 채운 후 빼면 물은 왼쪽으로 빙글빙글 돌면서 빠집니다. 물에 꽃잎 같은 것을 띄우면 물이 도는 방향을 좀 더 확실하게 볼 수 있습니다. 우리나라는 적도를 기준으로 해서 북쪽에 있습니다. 이 북쪽을 북반구라고 합니다. 북반구에서는 물이 빠질 때 시계반대 방향으로 회전을 하고 남반구에서는 시계방향으로 회전을 한다는 말이 있습니다. 이 방향은 북반구와 남반구에서 태풍이 회전하는 방향과 일치하는데 전향력 때문이라고 합니다.
전향력은 방향을 바꾸는 힘이라는 뜻입니다. 전향력을 발견한 사람은 코리올리라는 사람입니다. 사실 힘이라는 말이 붙어 있지만 이 힘은 실제 있는 힘이 아니고 있는 것처럼 보이는 것입니다. 그렇게 보이는 이유는 지구의 자전 때문이지요.
자, 지구의 자전 때문에 없는 힘이 있는 것처럼 보인다는 것이 무슨 말일까요?
테마파크에 가면 회전목마가 있습니다. 회전목마에는 말들이 기둥에 묶여 있는데 회전하는 중심 가까이에 묶여 있는 말이 있고 중심에서 떨어져 묶여 있는 말이 있습니다. 이 두 말 중 어떤 말을 타야 더 재미가 있을까요?
겁이 많은 사람이라면 중심 가까이에 묶여 있는 말을 타는 게 좋고 스릴을 좋아하는 사람이라면 중심에서 떨어진 말을 타는 것이 좋습니다. 두 말은 다 같이 한 바퀴를 돌아서 제자리에 오지만 중심에서 떨어진 말은 더 먼 거리를 달려 제자리에 오게 됩니다. 더 먼 거리를 달려 같은 자리에 오려고 하면 더 빨리 달려야 합니다. 그래서 중심에서 떨어져 있는 말의 속도가 빠릅니다.
지구에는 북극 근처에 사는 사람도 있고 적도 근처에 사는 사람도 있습니다. 지구는 회전목마처럼 돌고 있습니다. 자전하고 있는 것이지요. 북극 근처에 서 있는 사람도 하루에 한 바퀴를 돌고 적도 근처에 있는 사람도 하루에 한 바퀴를 돕니다. 북극 근처의 사람이 한 바퀴를 돌면서 그리는 원은 적도 부근의 사람이 한 바퀴를 돌며 그리는 원보다 훨씬 작습니다. 그래도 같은 시간에 원 하나를 그리기 때문에 적도 부근의 사람은 훨씬 더 속도를 낼 수 밖에 없습니다. 적도 근처에 살수록 극 가까이 사는 사람보다 훨씬 빨리 지구를 돌고 있는 것입니다. 그런데 왜 속도를 느끼지 못하느냐고요? 그건 달리는 버스를 보면 알 수 있습니다. 버스에 앉아 있는 사람은 속도를 잘 느끼지 못합니다. 버스가 갑자기 브레이크를 멈추면 그제서야 몸이 앞으로 쏠리면서 아, 내가 지금 달리고 있었구나 라는 것을 깨닫게 됩니다. 하지만 버스 밖에서 달리는 버스를 보면 버스의 속력으로 함께 달리고 있는 승객을 보게 됩니다. 우리는 지구와 함께 달리고 있기 때문에 속도를 잘 느끼지 못하는 것입니다.
전향력은 회전하고 있는 물체 위에서 운동하는 물체는 휘어져 보이게 만드는 힘입니다. 앞에서 말했듯이 이 힘은 실제 있는 힘이 아니라 있는 것처럼 보이는 힘입니다.
자, 이제 북극에서 적도 쪽으로 대포를 한 번 쏘아 보겠습니다. 물론 대포는 북극에서 적도 쪽으로 직선으로 발사됩니다. 인도의 첸나이는 북극에서 직선방향에 있습니다. 그 도시를 향해 한 번 쏘아 보겠습니다. 포탄은 첸나이에 떨어질까요? 아닙니다. 북극에서 바라볼 때 포는 방갈로르나 그곳보다 더 오른쪽에 떨어지게 됩니다. 지구는 서쪽에서 동쪽으로 자전을 합니다. 지구본을 앞에 놓고 보면 왼쪽에서 오른쪽으로 회전을 하는 것이지요. 적도에 가까운 곳이 북극에 가까운 곳보다 동쪽으로 더 빨리 회전하기 때문에 처음에 쏘려고 했던 위치는 발사된 위치보다 훨씬 빠른 속도로 동쪽으로 이동합니다. 그래서 첸나이에 포탄을 떨어뜨리기 위해서는 좀 더 왼쪽으로 발사해야 합니다.
그러면 적도에서 북극을 향해 쏠 때도 떨어뜨리려고 하는 위치보다 조금 왼쪽을 향해 대포를 쏘아야할까요? 예, 그렇습니다. 이것을 이해하려면 관성이라는 것을 조금 생각해야 합니다. 적도에 있는 물체는 적도의 속도를 가지고 있고 북극에 있는 것은 북극의 속도를 가지고 있습니다. 적도에 있는 물체가 북극을 향해 날아갈 때 그 물체는 처음 출발했던 적도에서의 속도를 유지하려고 합니다. 이것이 관성입니다. 적도에서의 자전 속력을 가지고 있던 물체가 직진하면서 땅 아래를 내려다보면 자신보다 땅이 점점 더 천천히 오른쪽으로 자전하고 있는 것을 보게 됩니다. 그래서 물체는 원래 도착하려고 했던 곳보다 더 오른쪽에 떨어지게 됩니다.
북반구에서 전향력은 운동하는 물체의 오른쪽으로 작용합니다. 그래서 북반구에서 발생하여 우리나라를 지나가는 태풍은 서쪽에서 동쪽으로 빠져나갑니다. 태풍이 반시계 방향으로 회전하는 것도 전향력으로 설명이 가능합니다. 태풍은 중심 기압이 낮기 때문에 밖에서 안으로 공기가 몰려 들어옵니다. 이때 남에서 북으로 불어 들어오는 바람이 오른쪽으로 휘고 북에서 남쪽으로 부는 바람이 오른쪽으로 휘면서 반시계 방향의 모양을 만드는 것입니다.
남반구에서는 전향력의 방향이 북반구와 반대라고 생각하시면 됩니다. 전향력은 왼쪽으로 작용하고 태풍은 시계방향으로 회전합니다.
전향력은 적도로 갈수록 약해지고 극으로 갈수록 강해집니다. 그래서 에콰도르에 있는 친구가 세면대의 물을 뺏을 때 아무런 회전이 없었던 것입니다.
* 질문 해주신 내용에 대해
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