▷ 뉴턴의 제1법칙: 진술, 예, 연습문제

이 기사에서는 관성의 법칙이라고도 알려진 뉴턴의 제1법칙이 무엇인지 설명합니다. 뉴턴의 제1법칙에 대한 설명 외에도 이 법칙과 수학 공식의 예를 볼 수 있습니다. 마지막으로 뉴턴의 제1법칙을 단계별로 풀어 연습해 볼 수 있습니다.

뉴턴의 제1법칙은 무엇인가?

관성 의 법칙이라고도 불리는 뉴턴의 제1 법칙은 다음과 같이 설명합니다.

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

예를 들어, 땅에 정지해 있는 물체는 힘이 작용할 때까지 움직이지 않습니다.

따라서 뉴턴의 제1법칙은 물체가 등속 직선 운동으로 움직인다면 외부 힘이 작용하지 않거나 전체 시스템의 합력이 0이라는 것을 의미합니다.

전체적으로 뉴턴의 세 가지 법칙이 있습니다. 우리가 방금 본 것은 관성의 원리, 제2법칙 또는 역학의 기본 원리, 제3법칙 또는 작용과 반작용의 원리라고도 합니다.

논리적으로 세 가지 법칙은 물리학자 아이작 뉴턴의 이름을 따서 명명되었습니다. 왜냐하면 그가 자신의 저서 자연 철학의 수학적 원리 에서 이 세 가지 법칙을 처음으로 설명했기 때문입니다. 이 출판물은 물리학의 기둥 중 하나로 간주됩니다.

뉴턴의 제1법칙의 예

뉴턴의 제1법칙(또는 관성의 법칙)의 정의를 고려하여 아래에서 이 규칙의 몇 가지 예를 분석해 보겠습니다.

뉴턴의 제1법칙의 명확한 예는 바닥에 놓인 소파입니다. 소파에 힘이 가해지지 않으면 소파는 움직이지 않고 고정된 상태를 유지합니다. 그러나 소파를 충분히 큰 힘으로 밀면 소파는 속도를 얻고 운동 상태가 변경됩니다.
뉴턴의 제1법칙의 또 다른 예는 우주를 통해 일정한 속도로 움직이는 우주 탐사선의 법칙입니다. 행성의 중력 영향이 극복되면 우주에는 마찰이나 다른 힘이 없습니다. 따라서 우주 탐사선은 작용하는 힘이 없기 때문에 우주를 통해 일정한 속도로 움직입니다.
일정한 속도로 움직이는 자동차는 뉴턴의 제1법칙(또는 관성의 법칙)의 예이기도 합니다. 왜냐하면 가속도 없이 움직이려면 결과적인 힘이 0이 되어야 하기 때문입니다. 자동차가 앞으로 나아갈 때, 마찰력은 그 움직임에 반대하여 작용합니다. 따라서 일정한 속도로 움직이려면 자동차의 엔진은 크기와 방향은 같지만 반대 방향의 힘을 가해야 합니다. 이렇게 하면 두 힘이 서로 반대되고 자동차는 같은 속도로 움직입니다.

뉴턴의 법칙의 첫 번째 공식

뉴턴의 제1법칙 개념을 심화하기 위해 이 섹션에서는 해당 법칙이 표현될 수 있는 공식을 살펴보겠습니다.

수학적으로 뉴턴의 제1법칙 공식은 시스템의 힘의 합이 0이면 해당 시스템의 가속도도 0이라고 명시합니다. 그 반대도 마찬가지입니다.

$\displaystyle \sum F=0 \ \Leftrightarrow \ \frac{dv}{dt}=0$

마찬가지로 힘의 합이 0이면 운동량(또는 선형 운동량)이 일정하다는 의미입니다.

$\displaystyle \sum \vv{F}=0 \ \Leftrightarrow \ \vv{p}=\text{constant}$

어쨌든 이러한 표현은 대수학을 통해 법칙을 표현하는 역할만 합니다. 중요한 것은 뉴턴의 제1법칙의 의미를 이해하고 그것이 참이 되려면 모든 힘의 합이 0이 되어야 한다는 것입니다.

뉴턴의 제1법칙 문제 해결

연습 1

7kg의 물체를 들어올리려면 엘리베이터가 얼마나 많은 힘을 가해야 합니까?

해결책을 참조하십시오

이 문제를 해결하기 위해 가장 먼저 해야 할 일은 지구가 물체에 가하는 중력을 계산하는 것입니다. 이를 위해 우리는 무게 힘 공식을 사용합니다.

$P=m\cdot g=7\cdot 9,81=68,67 \ N$

따라서 뉴턴의 제1법칙에 따르면 엘리베이터가 위쪽으로 68.67N의 수직력을 가하면 결과적인 힘이 0이 되므로 물체는 정지 상태로 유지됩니다. 따라서 엘리베이터가 상승을 시작하려면 68.67N보다 큰 힘을 가해야 합니다.

연습 2

엘리베이터는 질량이 100kg인 물체를 들어올린다. 주어진 시간에 움직임에 반대되는 마찰력은 300N이고 케이블에 의해 위쪽으로 가해지는 힘은 1100N입니다. 엘리베이터는 가속, 감속 또는 일정한 속도로 이동합니까?

해결책을 참조하십시오

먼저, 무게 공식을 사용하여 지구가 신체에 가하는 중력을 계산합니다.

$P=m\cdot g=100\cdot 9,81=981 \ N$

따라서 엘리베이터를 아래로 당기는 모든 힘의 총합은 다음과 같습니다.

$F_{\text{down}}=300+981=1281 \ N$

반면에 엘리베이터를 위쪽으로 미는 유일한 힘은 케이블의 힘입니다.

$F_{\text{up}}=1100 \ N$

따라서 아래쪽으로 작용하는 힘의 합이 위쪽으로 작용하는 힘보다 크기 때문에 그 지점에서 엘리베이터의 속도가 느려집니다.

$F_{\text{down}}>F_{\text{up}} \ \longrightarrow \ \text{freins d’ascenseur}” title=”Rendered by QuickLaTeX.com” height=”19″ width=”282″ style=”vertical-align: -6px;”></p> </p> <div class=$

연습 3

무게가 60kg인 상자가 지면과 30° 각도를 이루는 밧줄로 끌려갑니다. 10 m/s의 일정한 속도로 상자를 이동시키기 위해 로프에 120 N의 힘이 필요하다면 상자와 지면 사이의 운동마찰계수의 대략적인 값은 얼마입니까?

적용된 힘의 경사각을 알고 있으므로 삼각비를 사용하여 이를 수직 힘과 수평 힘으로 나눌 수 있습니다.