비관성계

요약 관성계에 대하여 상대가속도를 갖는 좌표계를 가리킨다. 비관성계에서 운동하는 물체는 원래의 힘 외에 비관성계의 가속도에 의해 생기는 겉보기힘(fictitious force)의 작용을 받게 된다.

가속도 운동하는 엘리베이터 안에서 낙하하는 구슬을 나타내고 있다. 지면을 고정된 관성계라 할 때, 엘리베이터는 가속도 운동하며 의 속도를 가진 비관성계라 하자. 구슬은 관성계, 즉 지면에서 볼 때 수직 아래로 중력가속도 로 자유낙하 운동을 하게 된다. 이때 엘리베이터도 수직 아래 방향으로 가속도 운동을 하므로 비관성계, 즉 엘리베이터 안에서 관찰한 구슬의 가속도는 다음의 관계를 만족하게 된다.



위의 식에서 보듯이 이 경우 엘리베이터 안에서 볼 때 물체의 낙하 가속도가 줄어든 것처럼 보이게 되므로 속도 도 천천히 증가하는 것처럼 보인다. 만일 엘리베이터의 낙하 가속도가 증가한다면 엘리베이터 내에서 구슬은 점점 천천히 떨어지는 것이 관찰될 것이며 낙하가속도가 중력가속도와 일치하는 시점에서 구슬이 등속 운동을 하는 것을 볼 수 있을 것이다. 이 현상은 엘리베이터 내부에 있는 관측자에게 마치 구슬의 운동에 어떤 힘이 작용하는 것으로 느껴지게 되며 이 힘을 겉보기 힘(fictitious force)이라고 한다. 본 예제에서는 구슬의 질량이 이므로 겉보기 힘의 크기는 이다.