뉴튼(Isaac, Newton, 1642~1727년)은 17세기 영국 물리학자, 수학자로 운동 법칙 및 만유인력 법칙의 체계화를 이룩하였습니다. 고전역학에서 가장 기본적인 물리 법칙인 뉴튼의 법칙에 대해 알아보도록 하겠습니다.
뉴튼의 제1법칙 : 관성의 법칙
물체는 관성을 보존하려는 경향이 있다. 외부 힘이 가해지지 않는다면 운동하는 물체는 계속 운동하려 하고 정지해 있는 물체는 계속 정지해 있으려고 한다.
승차 시에 모두 경험해 보셨을 겁니다. 급정지 시에는 우리 몸이 앞쪽으로 쏠리고 급출발 시에는 반대로 몸이 뒤쪽으로 쏠리며 코너링 시에는 회전하는 반대 방향으로 몸이 움직이게 되는 물리적 현상입니다.
모두 외부의 힘이 자동차에 작용했기 때문입니다.
즉 급정지 시에는 브레이크에 의한 마찰력이, 급출발 시에는 엔진 출력에 의한 힘이, 코너링 시에는 조향에 의한 순간적 구심력이 자동차에 작용하여 서거나 달리거나 회전한 것인데 우리의 몸은 그전의 운동방향 관성을 그대로 유지하려 하기 때문에 발생하는 현상인 것입니다.
뉴튼의 제2법칙 : 가속도의 법칙
물체의 운동 속도를 변화시키는 것은 외력이고 속도 변화의 크기 즉 가속도는 외력에 비례하며 그 방향은 외력과 같은 방향이다. F = m×a, a = F / m (F : 외력 m : 물체의 질량 v : 물체의 속도 p : 물체의 운동량)
자동차의 가속도는 엔진의 출력에 따라달라지며 같은 출력이라면 가속도는 질량에 반비례하므로 가벼운 차량일수록 가속도는 증가하게 됩니다.
만약 제로백이 5초인 자동차의 가속도는 [100 x (1000미터) / (3600초)] / (5초) = 5.555 미터/초² 가 됩니다.
자동차의 가속 능력을 대표하는 제로백(정지 상태서 시속 100km 도달까지 걸리는 시간)을 알면 그 차의 최대 가속도를 구할 수 있습니다.
뉴튼의 제3법칙 : 작용 반작용의 법칙
모든 작용에는 그 크기가 같고 방향이 반대인 반작용이 있다.
무술 시범에 많이 사용되는 송판 격파를 할 때 손이 송판에 가한 힘과 크기는 같고 방향이 반대인 반작용 즉 송판이 손에 가하는 힘이 있어 격파가 되지 않으면 손이 매우 아프게 됩니다.
그러나 더욱 세고 빠르게 손으로 타격하면 송판이 부서지면서 반작용이 작아지기 때문에 오히려 손에 통증이 느껴지지 않게 됩니다.
총을 쏘면 총알이 나가는 반대 방향인 뒤쪽으로 총이 밀리는 반동도 작용 반작용 현상이며 빙판 위에서 상대방을 밀면 본인도 반대 방향으로 밀리게 되는 것도 바로 작용 반작용입니다.
