관성 알아보기

 
 

준비물

  • 동전
 

실험과 관찰

    1. 유리컵 위에 두꺼운 도화지를 컵입구를 충분히 덮을 정도의 크기로 잘라서 올려놓는다.

    2. 도화지 위에 동전을 올려놓고 도화지를 아주 빠르게 잡아당겨 본다.

    3. 도화지를 천천히 잡아당겨 본다.

 
 

 
 

왜 그럴까요?

 

    버스가 정지해 있다가 갑자기 출발을 하면 사람들은 균형을 잃고 넘어 집니다. 이때 어느 방향으로 넘어질까요? 뒤(버스가 나아가는 반대 방향)로 넘어집니다. 왜 그런지 이 실험의 원리를 통해 알아봅시다.

 

 

    동전을 올려놓은 도화지를 잡아당기는 빠르기에 따라 동전이 컵에 빠지거나, 도화지를 따라 이동하거나 합니다. 그 이유는 도화지를 잡아당길 때 두 가지 요인이 중요하기 때문입니다.:

              1) 그 자리에 계속 있으려고 하는 동전의 관성

              2) 동전과 도화지 사이의 마찰력

 

    모든 물체는 운동 상태를 바꾸지 않으려고 하는 성질을 가지고 있습니다. 즉, 정지해있던 물체는 계속 정지해 있으려고 하고, 움직이던 물체는 움직이던 방향으로, 그리고 같은 속력으로 계속 움직이려고 합니다. 이 성질을 관성이라고 합니다.

    물체의 운동 상태를 바꾸려면, 힘을 가해야 합니다. 이 실험에서 여러분이 종이에 힘을 가하니 멈추어 있던 종이가 움직였지요.

 

 

    종이가 움직이기 시작하면, 종이와 동전의 맞닿은 표면이 서로 비벼집니다. 그러면 동전은 종이가 이동하는 것을 방해하는 마찰력을 발휘합니다. 종이가 나아가는 반대 방향으로.

 

 

    한 물체가 어떤 물체에 힘을 작용하면, 힘을 받은 물체는 그 물체에게 같은 크기의, 방향은 반대인 힘을 작용합니다. '작용-반작용의 법칙'이라고 하지요. 따라서 동전으로부터 마찰력을 받은 종이는 동전에게 같은 크기의, 반대 방향의 마찰력을 작용합니다.

 

 

    위의 그림에서 동전에 빨간 화살표로 표시된 힘이 작용하는 게 보이지요? 마찰력에 의해 생긴 이 힘은 동전을 오른쪽으로 움직이게 할 수 있습니다. 이제 이번 실험으로 돌아가 봅시다.

 

 

    종이를 천천히 잡아당기면 동전이 종이와 함께 따라 옵니다. 이 경우에는 마찰력이 관성보다 중요하기 때문입니다. 도화지를 천천히 잡아당기면 동전과 도화지 사이의 마찰력이 발휘 될 수 있는 충분한 시간이 있습니다. 따라서 동전은 컵속으로 빠지지 않고 종이를 따라 옵니다.

    반면, 도화지를 아주 빠르게 잡아당기면 도화지와 동전 사이에 마찰력이 작용할 충분한 시간이 없기 때문에, 마찰력에 비해 관성이 훨씬 중요합니다. 따라서 도화지가 빠져나가도 동전은 그대로 서있다가 컵 속으로 떨어지게 됩니다.

 

(*플래시가 안 뜬다면   익스플로어러로 보거나 아래에서 다운 받으세요.)

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    버스가 정지해 있다가 갑자기 출발을 할 때 뒤로 넘어지는 이유는 무엇일까요? 그것은 여러분의 발은 도화지를 천천히 당긴 경우와 비슷한 상황이고, 몸의 윗부분은 도화지를 빠르게 당긴 상황과 비슷하기 때문입니다. 발은 버스 바닥과의 마찰때문에 버스와 함께 앞으로 갑니다. 반면 몸의 윗부분에는 마찰력이 없으므로 관성에 의해 움직이지 않으려고 합니다. 그러면 여러분은? 뒤로 넘어지게 됩니다.

 

 
 

 

 

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