작용 반작용-줄다리기

 

 

⊙ 운동의 제3법칙- 작용·반작용의 법칙
힘에 대해 말할 때는 두 물체씩 짝지어 쌍(pair)으로 생각해야 한다. 만일 이 세상에 단 한 물체만 존재한다면 이 물체에는 어떤 힘도 작용하지 않는다. 이와 같이 힘이란 두 물체사이의 상호작용을 나타내는 것이기 때문에 어떤 물체 A가 힘을 받았다면 물체 A에 힘을 준 원인인 물체 B가 꼭 존재하여야만 한다. 그뿐 아니라, 물체 A와 B가 상호작용하여 그 효과가 물체 A에 작용한 힘으로 나타났다면 물체 B에도 동시에 그와 같은 효과가 나타나지 않으면 안된다. 두 물체가 서로 상호작용하였는데 물체 A에만 그 효과가 나타나고 물체 B에는 아무런 효과도 나타나지 않는다면 이상하지 않는가? 즉, 힘이란 두 물체가 서로 상호작용하는 정도를 나타내는 물리량이다.

물체 A가 물체 B에 힘을 가하면 A도 B로부터 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 동시에 같은 작용선상에서 받게된다. 작용과 반작용은 한 쌍의 힘으로 나타나는 두 물체사이의 상호 작용이며, 이것을 뉴턴의 운동 제 3법칙 혹은 작용·반작용의 법칙이라고 한다.

예제 1) 수평인 얼음판 위에서 질량 60kg인 어른과 질량 30kg인 어린이가 한 줄의 양끝을 잡고 수평으로 서로 잡아당겨 어린이가 30N의 힘을 받을 때, 어른의 가속도는 얼마가 되겠는가 ?

작용반작용에 의해 어른이 받는 힘과 어린이가 받는 힘은 같다. 따라서 어른이 받는 힘도 30N이다. F=ma에 대입하면,

30N = 60kg × a, 그러므로 어른의 가속도는 0.5m/s2이다.

 

⊙ 힘의 평형과 작용·반작용
힘의 평형은 한 물체에 작용하는 두 힘의 관계이고, 작용·반작용은 두 물체 사이에서 서로 주고 받는 힘의 관계이다. 따라서 평형의 이루는 두 힘의 합력은 0이지만 작용·반작용의 두 힘은 작용점이 각각 다른 물체에 있기 때문에 합력을 구할 수 없다.

두 힘이 A → B, B → A의 관계가 성립할때만 작용·반작용이다.

[힘의 평형]

책의 무게는 책상이 책을 떠받치는 수직항력에 의해 힘의 평형을 이뤄(작용점이 책으로 책에 두 힘이 작용) 떨어지지 않는다.

 

[작용 · 반작용]

책의 무게를 다시 풀어 쓰면 지구(A)가 책(B)을 당기는 힘이다. 이것에 대한 작용 · 반작용은 책(B)이 지구(B)를 당기는 힘이 된다.

수직항력을 풀어 쓰면 책(A)이 책상(B)을 누르는 힘이다. 이것에 대한 작용 · 반작용은 책상(B)이 책(A)을 떠받치는 힘이 된다.