▷ 물리학에서 관성이란 무엇인가요? (예)

이 기사에서는 물리학의 관성 개념과 그 특성에 대한 설명을 찾을 수 있습니다. 존재하는 다양한 유형의 관성과 여러 예를 찾을 수 있습니다. 마지막으로, 그 의미를 더 잘 이해할 수 있도록 몇 가지 관련 개념도 보여줍니다.

물리학에서 관성이란 무엇입니까?

물리학에서 관성은 운동 또는 정지 상태를 유지하는 신체의 특성입니다. 간단히 말해서, 관성은 속도든 방향이든 운동 상태를 바꾸려고 할 때 신체가 가하는 저항입니다.

따라서 신체나 시스템이 더 비활성일수록 운동 또는 휴식 상태를 수정하는 것이 더 어렵습니다. 이는 해당 운동 상태를 변경하려면 더 큰 힘이 적용되어야 함을 의미합니다.

예를 들어, 균일한 직선 운동(일정한 속도)으로 움직이는 몸체는 속도를 변경하는 것이 더 어려워지고 몸체의 관성이 커집니다. 반대로, 관성이 작으면 외력을 가하여 속도를 수정하는 것이 상대적으로 쉽습니다.

물리학에서 관성은 여러 유형으로 분류될 수 있습니다.

열 관성 : 신체 또는 시스템의 온도를 수정하는 것은 어렵습니다. 이러한 유형의 관성은 신체 또는 시스템의 열 용량에 따라 달라집니다. 따라서 열 관성이 높은 물체를 가열하거나 냉각하는 것은 어렵습니다.
기계적 관성 : 신체 또는 시스템이 운동 또는 정지 상태를 수정하기 어려운 것으로 구성되며 신체 또는 시스템의 질량과 분포 방식에 따라 달라집니다. 기계적 관성은 네 가지 하위 유형으로 나눌 수 있습니다.
- 정적 관성 : 정지해 있는 물체의 관성이다.
- 동적 관성 : 움직이는 물체가 나타내는 관성입니다.
- 병진 관성 : 움직이는 물체에 나타나는 관성입니다.
- 회전 관성 : 회전하는 물체, 즉 스스로 회전하는 물체가 갖는 관성입니다.

물리학에서 관성의 정의를 살펴본 후 개념을 더 잘 이해하기 위해 몇 가지 예를 살펴보겠습니다.

예를 들어, 물체를 움직이기 위해 물체에 적용되어야 하는 힘은 물체의 관성에 따라 달라집니다. 무게가 클수록 관성이 커지므로 이동하기가 더 어려워집니다. 반면, 가벼운 물체를 움직이는 것은 쉽습니다.
관성 효과의 또 다른 예는 자동차 제동입니다. 자동차가 고속으로 주행하면 관성이 더 커지므로 제동하는 데 더 많은 힘이 필요합니다.
마지막으로, 아이를 그네에서 밀려고 할 때, 아이의 몸무게가 많이 나가면 관성이 더 크기 때문에 그렇게 하기가 더 어렵습니다. 이 경우는 스윙이 스윙 축을 중심으로 회전하므로 회전 관성의 예입니다.

뉴턴의 제1법칙이라고도 불리는 관성의 원리는 다음과 같이 설명합니다.

외부 힘이 작용하지 않으면 신체는 정지 상태를 유지하거나 일정한 속도를 유지합니다. 따라서 운동 상태나 정지 상태를 변경하려면 신체에 힘을 가해야 합니다.

관성의 원리에 대한 명확한 예는 땅에 남아 있는 물체입니다. 물체는 힘이 작용할 때까지 움직이지 않기 때문입니다.

이름에서 알 수 있듯이 이 법칙은 고전 역학의 기초를 놓은 물리학자 아이작 뉴턴이 처음으로 공식화했습니다.

관성력은 물리학에서 비관성 기준 시스템, 즉 속도의 크기나 방향을 변경하는 기준 시스템에서 물체를 연구할 때 나타나는 가상의 힘입니다.

즉, 이는 물리 법칙이 존중되도록 “발명된” 유형의 힘이며, 특히 모든 유형의 시스템이 응답해야 하는 방정식은 다음과 같습니다.

$\vv{F}=m\cdot \vv{a}$

논리적으로 관성력은 회전 플랫폼과 같은 비관성 기준계에서만 고려해야 합니다. 예를 들어 지면을 기준 시스템(일반적인 기준 시스템)으로 사용하는 경우 이러한 유형의 힘을 포함할 필요가 없습니다.

관성 모멘트는 신체 또는 시스템의 회전 관성을 측정하는 방법입니다. 따라서 관성 모멘트는 회전축을 기준으로 신체 또는 시스템의 질량 분포를 나타냅니다.

따라서 관성 모멘트는 몸체나 시스템의 기하학적 구조와 회전축의 위치에 따라 달라집니다.

시스템의 관성 모멘트를 계산하는 공식은 다음과 같습니다.

$I=\displaystyle\sum m_i\cdot r_i^2$

여기서 _mi 는 시스템의 각 입자의 질량이고 _ri는 각 입자와 회전 축 사이의 최소 거리입니다.

관성 모멘트의 단위는 kg m ² 입니다.