관성

요약 물체에 가해지는 외부힘의 합력이 0일 때 자신의 운동상태를 지속하는 성질. 질량이 클수록 관성도 크다.

관성

모든 물체는 자신의 운동상태를 그대로 유지하려는 성질이 있다. 정지한 물체는 계속 정지해 있으려 하고, 운동하는 물체는 원래의 속력과 방향을 그대로 유지하려 한다. 그러므로 정지한 책상을 옆으로 밀 때, 날아오는 야구공을 잡아서 멈출 때, 또는 굴러오는 축구공의 방향을 바꿀 때 우리는 물체에 힘을 가해야만 한다. 아무런 힘을 가하지 않으면 물체는 정지해 있거나 등속 직선운동을 하지만, 힘을 가하면 관성이 깨지고 속력이나 운동방향이 변한다. 또한 관성의 크기는 질량에 비례하므로 질량이 클수록 관성이 크다.

관성의 발견

중세시대에는 모든 물체가 정지상태가 되는 것이 자연스럽다고 생각했다. 이탈리아의 갈릴레오 갈릴레이가 사고실험을 통해 처음으로 관성의 개념을 구상했다. 이후 뉴턴이 이를 바탕으로 관성의 개념을 완성하고, 1687년 본인의 저서 <프린키피아>를 통해 운동의 제1법칙으로 제시하였다. 운동의 제1법칙, 즉, 관성의 법칙에 따르면 물체의 운동상태를 바꾸려면 힘이 필요하고 그 힘은 질량에 비례한다. 여기서 질량은 관성의 크기에 따라 결정할 수 있는데, 이것을 관성질량이라 한다.

생활 속의 관성

버스가 출발하면 발과 버스바닥 사이의 마찰력 때문에 하체는 버스와 함께 움직이기 시작한다. 그러나 상체는 관성에 의해 원래의 자리에 있기 때문에 몸이 뒤로 쏠린다. 반대로 버스가 멈추면 하체는 힘을 받아 멈추지만 상체는 계속 앞으로 가기 때문에 앞으로 쏠린다. 즉 버스 안에서 보면 마치 승객들을 앞이나 뒤로 잡아당기는 힘이 있는 것처럼 보인다. 이것을 관성력이라 하는데 이는 실제로 존재하는 힘이 아니라 그렇게 보이는 것 뿐이다.
이번에는 젖은 수건을 앞뒤로 흔들어 털 때를 생각해 보자. 수건과 물방울이 같은 방향으로 움직이다가 손으로 수건을 반대방향으로 잡아당기면 수건은 힘을 받아서 그 방향으로 움직인다. 하지만 물방울은 관성에 의해 원래 움직이던 방향으로 튕겨나간다.

회전관성

물체가 한 축을 중심으로 회전할 때 외부 힘의 합력이 0이면, 축의 방향이나 각속력이 바뀌지 않는다. 팽이가 매끄러운 표면 위에서 돌고 있을 때 한동안 흔들리지 않는 것을 보면 알 수 있다. 만약 바닥과의 마찰력이 없다면 팽이는 멈추지 않고 계속 회전할 것이다. 이러한 회전관성의 크기는 관성모멘트에 비례한다. 회전에서의 질량에 해당하는 관성모멘트는 회전하는 물체의 질량이 축에 대해서 어떻게 분포하는가에 따라 결정된다. 같은 질량이라도 축에서 멀리 떨어져 있는 쪽이 관성모멘트가 더 크다. 그러므로 길이가 짧은 막대기가 긴 것보다 휘두르거나 멈추기 더 쉽다.