▶  마찰력

 
 
 
 

에고고.... 엉덩이 뜨거워.
그런데 힘에 대한 나의 상식에 맞지 않는 일이 발생했어. 네가 나에게 힘을 가해 움직이게 되었어. 나는 관성이 있으니까 나를 세우는 힘이 없으면 계속 움직여야 돼.
그런데 얼마만큼 가다가 내가 서게 되었잖아. 아무도 날 세우지 않았는데...

누군가 널 세웠으니까 네가 섰지. 누군가 하면 바로 마루 바닥이야. 내가 너를 밀려고 하는 순간부터 네가 서기까지 일어난 일을 차근차근 알려줄게.

바닥에 앉아있는 너에게 내가 힘을 가하면, 너는 앞으로 움직이려고 하면서 바닥에 앞으로 힘을 작용해. 그 힘의 크기는 내가 너에게 준 힘의 크기와 같아. 그러면 바닥은 그것에 대한 반작용으로 너에게 같은 크기의, 반대 방향의 힘을 작용해. 그게 마찰력이야.

 

 

그러니까 이 상황에서는 물체가 3개 있고, 그것들은 서로 상호작용하고 있구나. 그래서 네가 나에게 준 힘의 영향이 나와 바닥 사이까지 미치는 구나.

맞아.
그런데 처음에 내가 힘을 작게 줘서, 네가 꼼짝하지 않고 있어. 그래서 힘을 조금씩 크게 주었지. 그러면 너도 바닥에 더 큰 힘을 작용하고, 비닥면의 마찰력도 점점 커지지. 네가 움직이지 않는 동안 내가 너에게 주는 힘과 같은 크기, 반대 방향의 마찰력을 정지 마찰력이라고 해.

 

 

서있는 동안의 마찰력~

그러다가 내가 일정 이상의 큰 힘을 주면 네가 움직이기 시작해. 네가 움직이기 직전에는 정지 마찰력이 가장 커지지. 그것을 최대 정지 마찰력이라고 해.

네가 일단 움직이기 시작하면, 마찰력이 최대 정지 마찰력보다 작아져. 그리고 네가 움직이는 동안 그 크기가 변하지 않지. 그 마찰력을 운동 마찰력이라고 해.

맞아. 내가 소파를 밀어 움직이려고 할 때, 일단 소파가 움직이기 시작한 다음엔 밀기가 수월했었어!

내가 너에게 준 힘의 크기에 따라 너와 바닥 사이의 마찰력이 어떻게 변하는지 보여주는 그래프는 다음 그림과 같아.

 

 

물체가 움직이기 시작한 후에는 외부에서 작용하는 힘과 상관없이 일정한 마찰력이 작용하는 구나.

그렇지. 그래서 최대 정지 마찰력보다 더 큰 힘으로 너를 밀면 네가 움직이기 시작하고, 내가 힘을 더이상 주지 않으면, 너에게 작용하는 힘은 운동 마찰력 밖엔 없지. 즉, 너의 운동 방향과 반대 방향의 힘이 너에게 작용하는 거야. 따라서 너의 속력은 점점 줄어들다가, 결국 서게 되지.

 

그럼 마찰력은 두 물체가 서로 부벼지면 언제나 생기는 거야?

응. 물체와 물체가 부벼지는(마찰되는) 곳에는 마찰력이 항상 있지. 자동차가 앞으로 나갈 때 도로면과 타이어가 부벼지지. 그러면 도로면이 타이어에 뒤로 마찰력을 작용해. 그래서 자동차가 서지 않고 계속 앞으로 나가려면 엑셀레이터를 밟아 추진력을 만들어야 하지.

 

 

물 속에서는 물이 마찰력을 발휘해. 심지어 공기 속에서는 공기에 의한 마찰력도 있다니까. 액체나 기체에 의한 마찰력을 특별히 저항이라고 부르기도 하기. 예를 들어, '공기저항'처럼.

 

 

아무 것도 없는 진공 속에서는 마찰력이 없다고 할 수 있지.

마루에 양초칠이나 기름칠을 하면 미끌미끌 해지잖아. 양초칠이나 기름칠을 하면 마루의 마찰력을 줄여 주는 거야?

응. 만화같은 데 보면 바나나 껍질을 밟고 미끄러지는 장면이 있지? 그것도 바나나의 껍질 속이 미끄러워 마찰력이 작기 때문이야.

 

 

그렇다면 마찰력이 꼭 나쁜 것은 아니네.

맞아.
우리가 걸을 때는 바닥에 뒤로 힘을 줌으로써 앞으로 나가는 거야(작용-반작용). 우리 발이 바닥을 밀면, 발바닥과 바닥면이 부벼지지. 따라서 바닥은 우리 발에 미는 힘과 크기가 같고 방향이 반대인 마찰력을 작용해. 이 마찰력이 우리를 앞으로 가게 해주지. 만약 마찰력이 없다면 걷지 못하고 미끄러지지. 방판에서처럼.

 

 

아하~

그리고 아까 네가 마루 바닥 위를 미끄러진 후 네가 엉덩이가 뜨겁다고 했잖아. 그건 물체와 물체의 표면이 서로 부벼질 때 열이 발생하기 때문이야.

 

 

 

 

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