힘

힘의 정의
운동하던 자동차가 벽에 충돌하면 자동차는 힘을 받아 찌그러지면서 멈춘다. 또 용수철과 같은 물체에 힘이 작용하면 길이가 늘어나거나 줄어들면서 물체의 모양이 변한다.
정지해 있는 물체에 힘을 가하면 힘의 방향으로 운동하며, 운동하고 있던 물체에 힘을 가하면 속도가 변하거나 운동 방향이 변한다. 이와 같이 물체의 모양을 변형시키거나 물체의 운동 상태를 변화시키는 원인이 되는 것을 힘이라고 한다.

힘의 작용
책상 위에 나무 도막을 세워 놓고 손가락으로 A 점에 힘을 주어 밀면 나무 도막은 회전하면서 넘어진다. 그러나 B점에 힘을 주어 밀면 나무 도막은 수평 방향으로 이동한다. 이와 같이 물체에 같은 방향으로 같은 방향으로 같은 크기의 힘을 가하더라도 힘을 가하는 점에 따라 물체의 운동은 달라진다. 이때 손가락과 나무 도막 사이에서 힘이 작용하는 것과 같이 힘은 항상 한 물체에서 다른 물체에 작용한다.

힘의 3요소
수레를 밀 때 가해 주는 힘의 크기에 따라 수레의 운동 속도가 달라지고, 힘의 방향에 따라 수레의 운동 방향이 달라진다. 즉, 물체에 힘이 작용할 때 힘의 크기와 방향에 따라 운동 상태가 달라진다. 또한 힘이 작용하는 점에 따라 물체가 회전할 수도 있다. 따라서 힘의 작용에 따른 힘의 효과를 알려면 힘의 크기, 방향, 작용점을 알아야 하며, 이들을 힘의 3요소라고 한다.

힘의 작용선
힘의 작용점을 지나 힘의 방향으로 연장시킨 직선을 작용선이라고 한다. 변형되지 않는 물체에서는 같은 작용선 상에서 힘의 작용점을 이동시켜도 힘의 효과는 같다. 즉, 같은 작용선 상에서 힘을 작용할 때 나타나는 힘의 효과는 같다.

힘의 표시
물체에 작용하는 힘을 그림으로 표시할 때에는 화살표로 나타낸다.
힘의 작용점에 화살의 꼬리를 그리고 힘의 방향으로 화살의 머리를 향하게 한 후 힘의 크기에 비례하는 화살의 길이를 그린다. 힘은 크기와 방향을 갖는 백터양이므로 힘 F 를 기호로 나타낼 때 굵은 글자 F 로 표시한다.

힘의 크기
오른쪽 그림과 같이 용수철의 한쪽 끝을 고정하고 연직으로 매달아 놓은 다음, 여기에 추를 매달면 추의 무게에 비례하여 용수철이 늘어난다. 이때 용수철에는 추의 무게에 해당하는 힘이 작용하고 있는 것이다. 추 대신에 손으로 용수철을 잡아당겨서 같은 길이만큼 늘어나게 하면 손이 용수철에 작용하는 힘은 추의 무게와 같은 크기의 힘이 된다. 이와 같이 용수철의 늘어난 길이를 이용하여 힘의 크기를 비교할 수 있다.

힘의 단위
용수철을 사용하면 힘의 크기를 힘이 작용하는 때와 같은 길이만큼 늘어나게 하는 추의 무게로 나타낼 수 있다.지구 표면에서 질량이 1kg인 추의 무게를 힘의 단위로 하여 1kg라고 한다. 그러나 물리에서 힘의 단위는 SI 단위인 N을 많이 사용한다.

나란한 두 힘의 합성
두 힘이 같은 방향으로 작용할 때 : 합력의 크기는 두 힘의 크기를 더한것

F = F₁ + F₂
두 힘이 반대 방향으로 작용할 때 : 합력의 크기는 큰 힘에서 작은 힘을 뺀 값
F + F1 - F2 (단, F1>F2)

나란하지 않은 두 힘의 합성

F₁, F₂를 두 변으로 하는 평행사변형을 그릴 때 대각선의 길이와 그 방향을 구하면 된다.