안녕하세요. 저번 포스팅에 이어 이번 포스팅에서는 힘의 개념과 여러 가지 힘의 종류에 대해 알아보려고 합니다.
힘의 개념을 이해하기 이전에 변위와 속도, 가속도 개념에 대해 알고 싶으시다면 아래의 링크를 먼저 참고해주세요.
2021/01/11 - [과학/실생활 속 물리] - [실생활 속 물리] 변위, 속도, 가속도의 개념
[실생활 속 물리] 변위, 속도, 가속도의 개념
안녕하세요. 이번 포스팅에서는 앞으로 다룰 내용들을 위해 물리의 기본 개념에 대해 다루어보려고 합니다. 많은 여러분들이 학창 시절에 물리를 아예 배우지 않았거나, 배웠어도 포기하고 공
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일상생활에서도 자주 사용하는 단어인 힘, '힘이 없다', '힘이 세다', '힘이 좋다' 등등의 표현으로 자주 사용되는 것 같습니다.
그런데, 물리학 또는 역학에서의 힘은 무엇을 의미하는 것일까요?
우리가 '힘'에 대해서 처음 이론적으로 접하게 되는 것은 아마도 물리 시간에 배운 공식 중에 거의 대부분이 들어보았을 F = ma라는 공식일 것입니다.
위의 공식에서 F가 바로 Force(힘)를 의미합니다.
사실 힘에 대한 개념은 바로 위의 공식인 F = ma에 담겨 있습니다.
F = ma는 유명한 물리학자 뉴턴의 제2법칙입니다. 이 공식이 의미하는 바가 곧 힘의 개념이 됩니다.
m은 질량, a는 가속도입니다. 어떤 물체의 질량은 변하지 않기 때문에 공식에서 비례 상수로 보아도 무방합니다. 다시 말하면 공식은 F와 a가 비례하다는 사실을 나타냅니다.
즉 힘이 증가하면 그에 따라 가속도도 증가하고,
힘이 감소하면 그에 따라 가속도도 감소하며,
힘이 0이라면 가속도도 0이 됩니다.
따라서 힘은 '가속도를 일으키는 원인'이라고 정의할 수 있습니다.
예를 들어 직진하는 자동차에서,
1. 마찰력과 공기 저항력은 자동차의 속력을 감소시킵니다(가속도가 음수).
2. 자동차 엑셀을 밟으면 자동차의 속력이 빨라집니다(가속도가 양수).
엔진이 만들어내는 동력이나 마찰력, 공기 저항력 등은 모두 자동차와 같은 물체의 가속도를 일으키는 원인이 되는 것을 볼 수 있습니다.
그렇다면 힘의 종류에는 무엇이 있을까요?
우리 주변에서 찾아볼 수 있는 힘에는 대표적으로 마찰력과 공기 저항력, 엔진의 동력, 전자기력, 중력 등등이 있을 것입니다.
그런데 힘의 종류를 대보라하면 끝없이 나올 것 같은 기분이 듭니다.
하지만, 세상에 존재하는 힘은 사실상 4가지뿐입니다.
위와 같이 우주 상에 존재하는 힘은 4가지로 나누어집니다.
거시적으로는 중력과 전자기력이 있고, 미시적으로는 강력과 약력이 있습니다.
1. 중력
중력은 우리에게 너무나도 친숙한 존재입니다. 중력은 뉴턴에 의하면 질량을 가진 두 물체 사이에 작용하는 힘이기도 하고, 아인슈타인에 의하면 시공간의 휨을 나타내기도 합니다.
중력은 무한대의 거리까지 작용할 수 있고, 다른 힘들에 비해 그다지 큰 힘은 아닙니다.
2. 전자기력
전자기력 역시 우리에게 너무나도 친숙한 힘입니다. 전자기력은 전기력과 자기력으로 나뉘는데, 전기력은 (+) 극과 (-) 극 간의 인력과 척력을 나타내며, 자기력은 N극과 S극 사이의 인력과 척력을 나타냅니다.
전자기력은 중력을 제외하고 우리 실생활 속에서 발생하는 모든 힘의 근원입니다.
대표적으로 우리 주변에 항상 작용하고 있는 마찰력도 또한 전자기력의 일종입니다.
또한 실이나 끈이 잡아당기는 장력도, 심지어 빛이라는 존재도 전자기력으로 설명됩니다.
전자기력은 4가지 힘 중에 두 번째로 강한 힘이며, 이 역시 작용 범위는 무한대입니다.
3. 강력(강한 핵력)
위에서 소개한 두 가지 힘 중력, 전자기력의 작용 범위가 무한대였다면, 강력은 매우 짧은 거리에서만 작용하는 힘입니다.
그렇기에 우리 주변에서 이 힘을 인식하거나 볼 수는 없습니다.
즉, 원자 단위의 아주 작은 양자 세계에서 작용하는 힘입니다.
특히, 4가지 힘 중에서 가장 힘의 크기가 강합니다.
4. 약력
마지막으로 약력입니다. 약력은 강력과 마찬가지로 미시적인 곳에서 아주 짧은 거리에서만 작용합니다.
이는 4가지 힘 중에서 중력 다음으로 두 번째로 약한 힘입니다.
약한 핵력과 강한 핵력에 대한 내용은 우리가 사는 세상과 사뭇 다른 양자 세계에서 벌어지는 일을 다루기 때문에 자세한 내용은 생략합니다.
힘의 크기 순으로 다시 나열해보면, 강력 > 전자기력 > 약력 > 중력 순입니다.
이렇게 힘의 개념과 여러 가지 힘의 종류에 대해서 알아보았습니다.
힘은 '가속도를 일으키는 원인'이며, 우주에는 4가지 힘이 존재하는데, 중력과 전자기력, 강력, 약력이 있습니다.
또한 우리 실생활에서 보거나 느낄 수 있는 모든 힘은 중력과 전자기력입니다.
수많은 힘들이 사실은 전부 전자기력이었다는 사실이 놀랍지 않나요?
지금까지 힘에 대해서 다뤄보았습니다. 다음 포스팅에서는 일의 개념에 대해서 알아보겠습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
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