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고전역학 Classical Mechanics |
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1. 개요
uniform linear motion · 等 速 直 線 運 動어떤 물체가 일정한 속력과 일정한 방향, 즉 일정한 속도로 운동하는 것을 이른다. 따라서 등속도운동과 동의어이며, 알짜힘이 작용하지 않는다.
실질적으로는 마찰력이라는 힘이 존재하며, 진공이 아니기 때문에 공기저항도 존재하므로 실제로는 일어날 수 없는 운동이라고 할 수 있다. 또한, 지구상에선 지구의 자전, 공전으로 인해 당연히 등속 직선운동은 존재할 수 없고[1], 우주상에서 보더라도 일단 우주는 100% 진공 상태가 아니고, 우주는 팽창하고 있으므로 등속직선운동은 불가능하다. 다만 마찰력, 순간 속도, 가속도, 에너지 및 운동량 분석 등 심화 과정을 밟기 전에 제일 먼저 배우는 기초와도 다름없는 운동이므로 학습할 이유는 충분하다.
운동 속력이 바뀌거나 방향이 바뀌는 것은 등속직선운동이 아니다. 물체의 운동 방향이 바뀌려면 힘이 운동 방향과 다른 방향으로 작용해야 하는데[2], 그렇지 않으므로 따라서 가속도는 0이다.
2. 수학적 기술
속도 [math(\mathbf{v})]인 물체가 등속직선운동을 [math(\Delta t)]만큼의 시간 간격 동안 했을 때, 변위 [math(\mathbf{s})]는 다음과 같다.[math(\displaystyle \mathbf{s}=\mathbf{v} \Delta t )]
3. 그래프
그래프 형으로 보면 위치-시간 그래프는 일차함수형을 띠며 속력-시간 그래프는 상수함수형이고 가속도가 존재하지 않으므로 가속도-시간 그래프는 0이다. 위치-시간 그래프를 미분하면 속력-시간 그래프가 되며 이것을 다시 미분하면 상수함수를 미분하는 것이므로 0이 된다. 즉 가속도-시간 그래프가 되는 것이다.
[1]
구면기하학으로 보자면 지구 표면에 대해서는 직선 운동인 것이 틀리지는 않는다.
[2]
다시 말해서 현재의 운동을 방해하는 방향으로 힘이 계속 작용하면, 물체는 속력이 점점 줄어들다가 어느 '순간' 0을 찍고 운동 방향을 반대로 바꾼 후 다시 속력이 증가한다.