가속도의 법칙 및 예시

Last Updated on 2025-04-15 by BallPen

뉴턴의 운동 법칙 중 하나인 가속도의 법칙과 그 예시를 알아 봐요.

가속도의 법칙 정의와 그 예시를 설명드립니다.

뉴턴(Isaac Newton)의 운동 제1법칙인 관성의 법칙에 대한 후속 글이에요. 관성의 법칙이 궁금하신 분은 아래 버튼을 눌러주세요.

그럼 이제부터 뉴턴의 운동 제2법칙인 가속도의 법칙을 알아 봐요. 아래는 이번 글의 목차입니다.

1. 뉴턴의 운동 제2법칙 : 가속도의 법칙

1-1. 정의

뉴턴의 운동 제2법칙인 가속도의 법칙은 다음과 같이 정의됩니다.

가속도의 법칙: 물체에 외부 알짜힘이 작용할 때 물체는 알짜힘의 방향으로 가속되며, 그 가속도는 알짜힘의 크기에 비례하고 물체의 질량에 반비례한다.

1-2. 의미

가속도의 법칙은 관성계 내에서 물체에 알짜힘(net force)이 작용하면 그 물체는 알짜 힘의 방향으로 가속된다는 것을 의미해요.

이때 가속도는 물체의 질량이 클수록 작아지고 물체의 질량이 작을수록 커진다는 것이죠. 물론 알짜힘의 크기가 클수록 가속도도 커져요.

이를 식으로 표현하면 다음과 같아요.

\(
\tag{1}
\vec a = {{\vec F}\over{m}}
\)

1-3. 관성의 법칙과의 관계

뉴턴의 운동 제1법칙인 관성의 법칙은 관성계에서 물체에 작용하는 알짜힘이 0이면 그 물체는 정지 또는 등속직선운동한다는 법칙이죠.

그래서 간혹 가속도의 법칙에서 알짜힘이 0인 특별한 조건을 관성의 법칙으로 정한 것이라고 생각하는 경우가 있어요. 하지만 이것은 올바른 생각이 아니에요.

왜냐면 제1법칙인 관성의 법칙에서 정의하고자 하는 것은 ‘관성계’에요. 그리고 그 관성계에서 물체에 작용하는 알짜힘이 0일때 물체가 정지 또는 등속직선운동하려는 관성을 성질을 갖는다는 의미이죠.

절대로 제2법칙을 확장해서 알짜힘이 0이면 물체가 정지 또는 등속직선운동하는 것을 제1법칙으로 정한게 아니라는 것을 꼭 기억하세요.

만약 제1법칙에서 관성계를 정하지 않았다면 제2법칙인 가속도의 법칙도 항상 올바른게 아닙니다. 왜냐면 비관성계에서는 물체에 힘이 작용하지 않아도 물체가 가속되는 것처럼 보일 수 있기 때문이에요.

결국 제1법칙에서 관성계와 관성을 정의하고, 그 관성계 내에서 물체에 알짜힘이 작용하면 물체는 가속된다는 제2법칙을 정의함으로써 비관성계에서의 운동과 구분한 거에요.

2. 가속도의 법칙 예시

가속도의 법칙에 대한 실생활 예시는 다음과 같아요.

• 썰매장에서 썰매를 미는 동안 썰매는 가속된다. 이때 썰매의 질량이 클수록 가속도는 작고 썰매의 질량이 작을 수록 가속도는 크다.
• 마찰이 없는 우주 공간일지라도 정지한 어떤 물체를 움직이기(가속시키기) 위해서는 힘이 필요하다. 마찰이 없으니 질량이 큰 물체도 손가락으로 쉽게 움직일 수 있을 것이라고 생각하면 안된다. 물론 물체의 질량이 클수록 가속시키기 위해서는 더 큰 힘이 필요하다.
• 언덕에서 굴러 내려오는 스티로폼 공은 쉽게 멈출 수 있지만, 쇠로 만들어진 공은 아주 큰 힘을 주어야 멈출 수 있다.

3. 관련 동영상

NASA에서 제작한 아래 유튜브 동영상은 우주정거장에 있는 우주인이 실험을 하는 장면인데요.

이 동영상을 보면 우주인은 질량이 작은 물체로서 립밤(입술이 터질때 바르는 약), 질량이 중간인 물체로서 금속 우주선 모형, 그리고 질량이 아주 큰 물체로서 무거운 짐을 준비하고, 고무줄을 이용해 그 물체들에 일정한 힘을 가합니다. 이때 물체의 가속도가 어떻게 차이나는지를 보여주고 있어요.

실험 결과 고무줄로 동일한 힘을 물체에 가하면 물체는 정지상태로부터 가속되지만 물체의 질량이 클수록 가속도가 작아진다는 것을 알 수 있어요.

즉, 뉴턴의 운동 제2법칙인 가속도의 법칙이 성립함을 이해할 수 있습니다.

동영상이 영어로 나오는데요. 한글 자막을 켜고 시청하시기 바랍니다.