▷ 구심력이란? (공식 및 예)

이 기사에서는 물리학에서 구심력이 무엇인지 설명합니다. 따라서 구심력의 의미, 구심력 계산 방법, 그리고 단계별로 풀어보는 운동을 배우게 됩니다.

구심력이란 무엇입니까?

구심력은 원 운동을 설명하는 몸체에 작용하는 힘입니다. 보다 구체적으로 구심력은 몸체가 방향을 변경하여 원형 경로를 추적하게 하는 힘입니다. 따라서 구심력은 원형 운동에서만 나타납니다.

예를 들어, 공에 끈을 부착하고 일정한 속도로 축을 중심으로 회전시키면 끈이 구심력을 가하기 때문에 공은 원형 경로를 따릅니다. 구심력의 또 다른 예는 위성을 궤도에 유지하는 힘입니다.

구심력의 주요 특징은 원형 궤적에 접하는 원 운동을 설명하는 물체의 속도에 수직이라는 것입니다. 따라서 구심력은 항상 원 운동의 중심을 향합니다.

이전 이미지에서 볼 수 있듯이 구심력(F _c )의 방향은 방사형이고 그 방향은 원형 경로의 중심을 향합니다. 반면, 접선력(F _t )은 구심력에 수직이며 특정 유형의 원운동에서도 나타납니다. 아래에서는 구심력과 접선력의 차이점을 살펴보겠습니다.

구심력은 물체의 질량에 구심 가속도를 곱한 것과 같습니다. 따라서 구심력은 물체의 질량에 속도의 제곱을 반지름으로 나눈 값과 같습니다. 구심력은 또한 질량에 각속도의 제곱과 반경을 곱하여 계산됩니다.

즉, 구심력을 계산하는 공식은 다음과 같습니다.

금:

구심력은 항상 원형 경로의 중심을 향한다는 점에 유의하세요. 따라서 구심력의 부호는 선택한 기준 시스템에 따라 양수 또는 음수가 됩니다.

이제 우리는 구심력의 정의와 그 공식이 무엇인지 알았으니, 이러한 유형의 힘이 어떻게 계산되는지에 대한 구체적인 예를 살펴보겠습니다.

질량이 m=8kg인 움직이는 물체가 각속도가 2rad/s이고 곡률 반경이 3m인 등속 원운동을 설명합니다. 움직이는 물체에 작용하는 구심력은 무엇입니까?

문제는 물체의 각속도 값을 제공하므로 구심력을 찾으려면 다음 공식을 사용해야 합니다.

$F_c=m\cdot \omega^2 \cdot r$

따라서 우리는 데이터를 공식에 대체하고 등속 원운동을 수행하는 회전체에 작용하는 구심력을 계산합니다.

$F_c=8\cdot 2^2 \cdot 3= 96\ N$

이 섹션에서는 구심력과 접선력의 차이점이 무엇인지 살펴보겠습니다. 왜냐하면 이 힘은 다양한 원 운동에서 나타나는 두 가지 주요 유형의 힘이기 때문입니다.

접선력은 불균일한 원형 운동을 설명하고 몸체가 따라가는 궤적에 접선인 몸체에 작용하는 힘입니다. 접선력은 몸체를 더 빠르게 또는 느리게 회전시키는 힘입니다.

구심력과 접선력의 차이점은 구심력은 움직이는 물체의 궤적 방향을 변경하는 반면 접선력은 물체 속도의 크기를 변경한다는 것입니다.

또한 구심력은 원형 경로의 중심을 향하고 접선력은 경로에 접합니다. 따라서 구심력과 접선력은 수직이다.

모든 유형의 원 운동에는 구심력이 존재한다는 점을 명심하십시오. 그렇지 않으면 움직이는 몸체가 직선 경로를 따라갈 것입니다. 그러나 등속 원운동에서는 접선 속도가 일정하므로 접선력은 0입니다.

마지막으로 구심력과 원심력은 종종 혼동되는 두 가지 다른 유형의 힘이기 때문에 차이점이 무엇인지 살펴보겠습니다.

원심력은 회전 기준 시스템에서 물체의 움직임을 연구할 때 나타나는 가상의 힘입니다.

따라서 구심력과 원심력의 차이점은 구심력은 물체가 원운동을 할 때 나타나는 실제 힘이고, 원심력은 기준틀이 축을 중심으로 회전할 때 나타나는 가상의 힘이라는 것입니다.