힘의 합력 Addition of Force 2


힘의 3요소

물체에 힘이 작용할 때 물체의 운동은 힘의 크기, 힘의 방향, 힘의 작용점에 따라서 달라지는데, 이것을 힘의 3요소라고 합니다. 따라서 힘을 표시할 때에는 힘의 크기, 힘의 방향, 힘의 작용점을 모두 나타내어야 합니다.

손가락으로 책상 위에 놓인 책을 밀어서 움직일 때, 손가락으로 미는 위치가 중간 지점이면 책이 미는 방향으로 움직이는데, 손가락으로 미는 위치가 책의 끝부분이면 책은 밀려 움직이면서 회전도 합니다. 즉 물체에 작용하는 힘의 작용점에 따라서 물체는 병진운동만 할 수도 있고, 회전운동을 겸하기도 합니다.

힘의 합력

한 물체에 둘 이상의 힘이 동시에 작용할 때, 이 힘들과 같은 효과를 내는 하나의 힘을 합력이라고 합니다. 그리고 합력을 구하는 과정을 힘의 합성이라고 합니다.

 
줄다리기 하는 사람들의 힘을 모두 합하면 큰 하나의 화살표로 나타낼 수 있습니다.

힘의 합력 구하기(대각선법)

한 물체에 두 힘이 동시에 작용할 때, 두 힘의 합력은 화살표를 이용하면 쉽게 구할 수 있습니다. 두 힘을 화살표로 나타낸 후, 화살표와 평행한 직선을 두 개 그어 평행사변형을 그립니다. 이 때 평행사변형의 작용점으로부터 그은 대각선의 화살표가 두 힘의 합력이 됩니다. 대각선의 길이는 합력의 크기를 나타내고, 대각선의 방향은 합력의 방향을 나타냅니다.

두 힘 사이의 합력의 크기는 두 힘 사이의 각도가 클수록 작습니다..
두 힘 사이의 각도가 0˚일 때는 두 힘이 같은 방향으로 작용하는 경우이므로 합력의 크기가 최대가 됩니다.

만약 두 힘 사이의 각도가 120˚이고 두 힘의 크기가 같을 때 합력의 크기는 더하기 전 한 힘의 크기와 같습니다. 또 두 힘 사이의 각도가 180˚일 때는 두 힘이 서로 반대 방향으로 작용하는 경우이므로, 합력의 크기가 최소가 됩니다.