버스의 관성

 

 

▣ 버스의 관성 

동일한 물체라도 물체의 운동은 관측자에 따라 다르게 보일 수 있다. 즉, 운동을 기술하는 기준 좌표계에 따라 운동하는 관측자를 기준으로 정한 좌표계를 관성계라고 하고, 가속도 운동을 하는 관측자를 기준으로 정한 좌표계를 가속계라고 한다. 

관성계에서는 물체가 실제로 받고 있는 힘을 고려하여 운동 법칙을 적용하면 물체의 운동은 관찰 사실과 잘 일치되게 기술된다. 

그러나 가속계에서는 물체가 실제로 받고 있는 힘 이외에 가상적인 어떤 힘이 더 있다고 생각해야만 관찰 사실과 일치되는 운동 방정식을 세울 수 있다. 
 

 

그림은 버스가 가속도 운동을 하고 있을 때, 버스 안의 손잡이의 모습을 정지한 관측자가 본 경우 그림 (가)와 버스 안에 타고 있어 가속도 운동을 하는 관측자가 본 경우 그림 (나)를 나타낸 것이다.

그림 (가)에서 버스 안의 손잡이는 가속도 a로 운동하고 있는 것으로 관찰되고 손잡이가 받고 있는 힘은 중력과 장력뿐이다. 따라서, 운동 법칙을 적용하여 운동 방정식을 세우면

 

가 되어 관찰 사실과 일치된다.

 

그러나 그림 (나)에서 관측자에서 손잡이는 버스 뒤쪽으로 기울어진 채 정지해 있는 것으로 보인다. 이 경우에는 손잡이가 실제로 받는 힘은 중력과 장력뿐이므로 운동 방정식을 세우면

 

이 되어 관찰 사실과 일치되지 않는다. 

만일, 장력과 중력의 합력과 크기가 같고 방향이 반대인 가상적인 힘  가 손잡이에 작용하고 있다고 가정하면, 

운동 방정식은

 

이 되어 문제가 해결된다.

이 때, 가상적인 힘  는 물체의 관성 때문에 생기면 이 힘을 관성력이라고 한다. 관성력  는

 

의 관계가 성립된다. 

관성력은 물체의 관성을 고려하여 가속도 운동을 하는 물체를 정지해 있는 물체와 동일하게 취급하기 위해 도입한 가상적인 힘일 뿐이고 실제로 물체에 작용하는 힘은 아니다.