작용점을 물체의 가운데에 찍는 이유

"아니, 내가 상자를 밀면

당연히 작용점을 접촉면에 찍고 힘의 크기(선의길이)와 힘의 방향(화살표)를 그려야 하는거아니야?"

 

결론은 ,

 

맞다.

당연히 물체에 내 손을 접촉한 상태로 밀었으니

당연히 작용점을 접촉면에 찍고 힘의 크기(선의길이)와 힘의 방향(화살표)를 그려야 된다.

 

하지만 힘의 작용점은 "힘의 작용선" 내에서는 얼마든지 옮길 수 있다.

힘의 크기와 힘의 방향만 유지 된다면!

 

이 글을 보면 물체의 중심에 작용점을 찍게 될수 밖에 없을 것이다.

---

먼저, 접촉면에 작용점을 찍어보겠다.

 

 

 

 

물체는 힘의 크기(선의 길이)만큼 힘의 방향(오른쪽)으로 이동한다.

 

자, 지금부터 집중해야한다. 여기서부터가 핵심이다.

 

위 그림의 경우  "힘의 작용선" 이 어떻게 형성 될까?

 

 

힘의 작용선

 

그림을 보았는가?

파란색 선이 바로 "힘의 작용선" 이다.

 

이제 "힘의 작용선"내에서 작용점을 옮겨보자.

먼저 처음에는

 

힘의 작용점은 접촉면

 

내가 물체를 10의 힘으로 밀었을 때

1. 힘의 작용점은 접촉면
2. 힘의 크기는 10이므로 요약하면, F = 10 이 되고

3. 힘의 방향은 오른쪽이다.

 

즉, 결과는  10만큼 오른쪽.
요약하면 F = 10 으로 오른쪽.

 

이번에는 힘의 크기와 힘의 방향은 유지하고

"힘의 작용선"내에서 힘의 작용점을

물체의 중심으로 옮겨 보겠다.

 

 

힘의 작용점은 물체의 중심

 

내가 물체를 10의 힘으로 밀었을 때

1. 힘의 작용점은 물체의 중심
2. 힘의 크기는 10이므로 요약하면, F = 10 이 되고

3. 힘의 방향은 오른쪽이다.

즉, 결과는  10만큼 오른쪽.
요약하면 F = 10 으로 오른쪽

 

어떤가?

작용점을 옮기면 결과가 달라지는가?

 

"힘의 작용선"내에서

힘의 작용점을 옮기면 결과는 똑같다!

---

그런데 작용점을 왜 굳이 옮겨야 하느냐?

 

그 이유는 

힘의 합성을 하기 위해서이다.

 

자, 한 물체에 한가지의 힘이 아닌

여러가지 힘이 작용했을 때도 힘의 표현으로 나타내보자.

 

 

이렇게 되면 물체는 어디로 갈까?

 

"어후,,,,, 뭐야 도대체 어디로 가는 거야?"

 

이런 경우에는 두힘을 합성하기 어렵게 보인다.

그래서 "힘의 작용선"내에서 물체의 중심으로 작용점을 옮겨보겠다.

 

 

어떤가?

조금 보기에 편해졌는가?

이렇게 힘의 작용점을 물체의 중심으로 옮기면 힘의 합성을 하기 쉬워진다.

두 힘을 합성하면 물체가 어디로 갈지 예상할 수있다.

 

여러분은 위의 그림과 같은 상황에서 물체가 어디로 갈지 맟출 수 있는가?

나는 맞출 수 있다.

힘의 합성만 할 줄 알면 플란체를 하는 사람이 어디로 날라갈지 맞출수 있는 도구가 된다. 

그럼 조금만 더 깊게 알아보자.

---

 

일단 위의 그림처럼 "힘" 두개 이상일 경우에는 
즉 "F"가 두개 이상일 경우에는 
둘다 F라고 부르면 
어떤 F를 가르키는지 알 수 없으므로
F에 번호를 붙여준다.

예를 들어, 
위쪽으로 미는 힘 F는 1을 붙여 "F1" 으로 부르고
오른쪽으로 미는 힘 F는 2를 붙여 "F2"로 부르자.

이렇게,

 

위쪽으로 미는 힘 F1 = 10

오른쪽으로 미는 힘 F2 = 10

이다.

이제 F1과 F2를 "힘의 작용선" 내에서 물체의 중심으로 옮겨보겠다.

자, 보기 편해졌는가?

 

이제는 F1과 F2의 합성만 하면 물체가 어디로 갈지 알 수 있다.

힘의 합성은 힘의 합성방법 을 보면 알수 있다.

---

-작용점을 물체의 중심에 찍는이유 결론-

처음에는 작용점을 물체의 접촉면에 그리고 난 후

"힘의 작용선"내에서 작용점을 물체의 중심으로 옮겨서 붙여준다.

힘의 합성을 하기 위해서.

물체의 중심에 작용점을 찍는것이 두 힘F를 합성하기에 편리하기 때문이다.

 

힘의 합성을 왜 해야 하는가?

지구상에는 물체에 한가지 힘F만 작용하는 경우가 없다. 그래서 힘을 합성해야하는 상황은 매우 자주 일어난다.

우리역시 지구에 살기 때문에 여러가지 힘F를 받는다. 중력, 수직항력, 마찰력, 근력등...

모든 운동은 이러한 원리로 이루어진다.

힘의 표현을 알고 힘의 합성을 할 수 있으면 운동에 있어서 매우 뛰어난 통찰력을 가지게 된다.

통찰력을 가지면 3년걸릴 일이 1년걸린다.

 

힘의표현 방법과 이 글을 이해했다면 운동을 이해하기위한 역학적 사고를 갖추게 된 것이다. "역학" 매우 쉽지 않은가?

어렵게 생각하지말자. 그냥 완전 쉬운거다.

물구나무를 역학적으로 꽤뚫어보고 싶은가?

물구나무 - 작용반작용

이 글을 보면 너무쉬워서 어이가 없을 것이다. 두려워하지 말자. 그냥 읽기만해도 이해가 될 것이다.

---

긴글 읽으시느라 고생하셨습니다. 알고만 있지말고 써먹으세요.

장기적으로 매우 큰 도움이 될거라 확신합니다.