고1 통합과학 역학적 시스템 물리 질문 (제발요)

Q1. 물체의 작용하는 알짜힘이 0이라는 말은 중력의 힘과 철수가 물체를 당기는 힘이 같다는 말인데 그러면 물체가 정지해있어야지 왜 움직이나요…? 정지해있는 상태에서 알짜힘이 0이 아니라 9.8(중력가속도)m(물체질량)인가요?

​

알짜힘은 0이 맞습니다. 알짜힘이 0이라는 건 가속도가 0이라는 것이지 속도가 0이라는 것은 아닙니다. 힘을 주지 않아도 빙판길에서 미끄러지듯이 관성에 의해 일정한 속력으로 운동할 수도 있습니다.

​

이것이 관성의 법칙이며 알짜힘이 0인 물체는 정지한 채로 있거나 등속 직선 운동한다는 사실을 알아두면 좋습니다.

​

Q2. 그렇다면 (도르래 안당기는) 철수는 왜 알짜힘이 0인가요 9.8m(철수질량)가 아닌가요?

물론 철수에게 그만큼의 중력이 작용하지만, 바닥이 받혀주는 힘인 수직항력이 똑같은 힘으로 작용합니다. 즉 힘의 평형에 의해 알짜힘은 0이 됩니다.

​

따라서 철수는 바닥을 뚫고 수직 아래로 가속하지 않고 땅 위에 가만히 서 있을 수 있게 됩니다.

​

Q3. 알짜힘이 0이라는 말이 가속도가 0이라는 말과 같다면 철수가 도르래 줄을 더 세게 잡아당기든 더 약하게 잡아당기든 등속운동만 하게 하면 물체에 가해지는 힘은 0으로 동일한가요?

​

반대로 생각하셔야 합니다. 등속운동을 하는 상태에서 더 세게 혹은 약하게 잡아당기면 알짜힘이 0이 되지 않으므로 일반적으로 물체가 더 이상 등속운동을 하지 않습니다.

​

Q4. 철수는 중력도 느끼지만 도르래줄이 철수를 당기는 힘도 느끼는데 수평면이 철수를 떠받치는 힘의 크기는 철수의 무게랑만 같으니까 철수는 떠올라야 하나요 근데 왜 가만히 있지

​

"철수는 중력도 느끼지만 도르래줄이 철수를 당기는 힘도 느끼는데"

> 여기까지는 잘 추론하셨습니다.

​

하지만 "수평면이 철수를 떠받치는 힘의 크기가 철수의 무게랑만 같지는 않습니다" 철수가 도르래를 잡아 당김으로 인하여, 철수가 바닥을 미는 힘이 줄어들면 바닥이 철수를 떠받치는 힘(수직항력)도 같이 줄어들어 평형을 이룹니다. 즉 항상 수직항력=물체 무게인 건 아닙니다.

​

결국 여전히 힘의 평형을 이루므로 철수는 가만히 있게 됩니다.

​

Q5. ㄷ에 관한 문제풀이가 철수는 연직 아래 방향으로 중력 받고 연직 위 방향으로 수평면이 철수 떠받치는 힘이랑 도르래 줄이 물체를 당기는 힘을 받는대요. 도르래 줄이 물체 당기는 힘을 철수가 받는건 작용 반작용 때문이에요?

​

네. 철수가 도르래줄을 어떤 당기면 도르래줄도 철수를 당기게 됩니다. 이것은 작용 반작용이 맞습니다.

​

이것이 물체 당기는 힘과 같은 이유는 이상적인 실의 장력은 어느 지점에서나 같게 나타나기 때문입니다. 즉 실이 물체 당기는 힘 = 장력 = 실이 철수를 당기는 힘으로 볼 수 있습니다.

​

Q6. 아니 게다가 그러면 철수는 연직 아래 방향보다 연직 위 방향으로 더 큰 힘을 받는 건데 풀이가 말하길 철수가 받는 중력의 크기가 수평면이 철수를 떠받치는 힘크기보다 크대요.

​

철수가 받는 중력의 크기 = 무게.

수평면이 철수를 떠받치는 힘의 크기 = 수직항력.

실이 철수를 당기는 힘의 크기 = 장력

입니다.

​

철수는 힘의 평형을 이뤄 정지하고 있으므로 연직 아래 방향 힘과 위 방향 힘이 같습니다.

​

따라서 무게 = 수직항력+장력

의 관계가 형성됩니다. 장력의 크기는 0보다 클 것이므로,

​

무게=수직항력+장력>수직항력

의 관계가 성립합니다.

​

직관적으로 생각하기 어렵다면 이렇게 관계식을 명확히 써서 해결하는 것도 방법입니다.

​

______________________

​

답변의 내용이 도움이 되었길 바랍니다. 다른 궁금한 점이 있다면 추가질문해주세요