작은숲:Sudo위키/뉴튼 운동 법칙

뉴튼 운동 법칙 (Newton 運動法則, Newton's laws of motion) 은 영국의 물리학자 아이작 뉴튼이 정리한 물체의 운동에 관한 자연법칙입니다.

제1법칙 : 관성

물체에 작용하는 힘이 있어야만 물체가 움직인다는 아리스토텔레스의 생각을 갈릴레오 갈릴레이가 사고실험을 통해 반증하였으며, 외부 힘이 작용하지 않는다면 물체가 계속 운동할 것이라고 하였습니다. 갈릴레오는 운동의 변화에 저항하는 물체 고유의 성질을 관성이라고 하였으며, 이후 뉴튼은 갈릴레오의 생각을 정리하여 운동 제1법칙인 관성의 법칙이라고 명명하였습니다. 뉴튼의 『자연철학의 수학적 원리』에는 제1법칙이 아래와 같이 기술되어 있습니다.

합력이 작용하지 않으면 정지해 있는 물체는 계속해서 정지해 있고, 운동하는 물체는 직선으로 등속력 운동을 계속한다.

제2법칙 : F = ma

뉴튼의 운동 제2법칙은 가속도, 힘, 질량 사이의 관계를 설명하고 있습니다. 이 법칙은 아래와 같이 기술됩니다.

물체의 가속도는 물체에 작용하는 합력에 정비례하며, 가속도의 방향은 힘의 방향과 같고 물체의 질량에 반비례한다.

수식으로 나타내면 아래와 같습니다.

$a\sim {\frac {\Sigma F}{m}}$

여기에서 $\sim$는 비례한다는 의미이며, $a$는 가속도, $\Sigma F$는 합력, $m$은 물체의 질량을 뜻합니다.

힘의 단위, 질량의 단위, 가속도의 단위를 일관되게 사용한다면 위의 관계는 아래와 같이 등식으로 나타낼 수 있습니다.

$a={\frac {\Sigma F}{m}}$

이것을 힘에 대해 정리하면 아래의 유명한 식을 얻을 수 있습니다.

$\Sigma F=ma$

제3법칙 : 작용과 반작용

뉴튼의 운동 제3법칙은 아래와 같이 기술됩니다.

첫 번째 물체가 두 번째 물체에 힘을 작용하면, 두 번째 물체 역시 첫 번째 물체에 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 작용한다.

쉽게 말하자면, 물체에 대한 모든 작용에는 항상 같은 크기의 반작용이 있다는 것입니다. 로켓은 이 원리에 의해 비행할 수 있는데, 로켓이 아래로 연료를 분사하면 그에 대한 반작용으로 연료가 로켓을 밀게 되며 이를 이용해 비행하는 것입니다.