작용 반작용의 법칙 및 예시

Last Updated on 2025-04-19 by BallPen

뉴턴의 운동 법칙 중 하나인 작용 반작용의 법칙과 그 예시를 알아 봐요.

작용 반작용의 법칙 정의와 그 예시를 설명드립니다.

뉴턴의 운동 제1법칙인 관성의 법칙, 제2법칙인 가속도의 법칙에 대한 후속 글이에요. 관성의 법칙과 가속도의 법칙이 궁금한 분은 아래 버튼을 누르세요.

이제부터 뉴턴의 운동 제3법칙인 작용 반작용의 법칙에 대해 알아 봐요. 아래는 이번 글의 목차입니다.

1. 뉴턴의 운동 제3법칙: 작용 반작용의 법칙

1-1. 정의

작용 반작용의 법칙 : 물체 A가 물체 B에 힘을 가하면(‘작용’), 물체 B도 A에 힘을 가한다(‘반작용’). 이 두 힘의 크기는 서로 같고 방향은 반대이다.

1-2. 의미

작용 반작용의 법칙은 서로 다른 물체 사이에 힘이 작용할 때 각 물체가 받는 힘은 크기는 서로 같고 방향이 반대임을 뜻해요. 식으로 쓰면 다음과 같죠.

\(
\tag{1}
\begin{aligned}
{\vec F}_{12} = - {\vec F}_{21}
\end{aligned}
\)

이때 아래첨자 \({\vec F}_{12}\)는 물체 1이 물체 2에 가하는 힘을, \({\vec F}_{21}\)은 물체 2가 물체 1에 가하는 힘을 뜻해요.

간혹 물체 1이 물체 2에 작용을 주면 물체 2가 물체 1에 반작용을 주는 순차적인 관계, 또는 어떤 힘이 원인이고 어떤 힘이 결과로 나타난다고 이해하기 쉬운 데요.

그렇지가 않습니다.

자연적으로 동시에 두 힘이 작용하는 거에요. 어떤 힘이 작용, 어떤 힘이 반작용이라고 정해지는 것이 아니라 둘 중에 하나를 임의로 작용이라고 한다면 다른 힘은 반작용이 될 뿐이에요.

[자동차 내에서 차를 밀면 차가 밀리지 않는 이유]

작용 반작용의 법칙은 서로 다른 물체 사이에 힘이 작용할 때 그 힘의 효과가 명확히 나타나요. 반면에 한 물체를 구성하는 서로 다른 물체 간에 힘이 작용하면 작용 반작용의 법칙은 여전히 성립하지만 힘들이 서로 평형이 되어 알짜힘이 0이 되어 버립니다.

예를 들어 아래 [그림 1]을 보면 도로가 타이어를 미는 힘 때문에 자동차가 앞으로 달려나갈 수 있어요. 반대로 타이어도 도로를 밀어내겠지만 도로가 부서질 정도는 아니기 때문에 도로는 멀쩡히 버틸 뿐입니다.

이것은 사람이 자동차 밖에서 자를 밀때 자동차가 앞으로 움직이는 원리와 동일해요.

지구가 발을 미는 힘 때문에 자동차가 앞으로 밀리는 거죠. 물론 발이 지구를 미는 힘도 있겠지만 지구는 워낙 덩치가 커서 그 효과가 명확히 관찰되지 않을 뿐이에요.

반면에 아래 [그림 2]처럼 자동차 안에 있는 운전자가 핸들을 앞으로 민다면 차가 앞으로 움직일 수 있을까요?

정답은 움직이지 않습니다. 참으로 신기하죠. 차 밖에서 밀면 차가 움직이는데, 차 안에서 밀면 차가 전혀 움직이지 않아요.

그 이유는 [그림 2]에 표시된 화살표를 보면 이해할 수 있어요.

운전자가 핸들을 밀어 차를 밀면(1번 힘) 차는 그 반작용으로 운전자를 밀어 냅니다(2번 힘). 그러면 운전자의 몸은 뒤쪽으로 밀리게 되고 의자 등받이를 밀어냅니다(3번 힘). 또한 이 힘의 반작용으로 등받이는 운전자를 앞쪽으로 밀겠죠.

이때 차에 작용하는 힘 만을 모두 따져보면 1번 힘과 3번 힘이 될거에요.

그런데 그 두 힘은 크기가 같고 방향이 반대이기 때문에 힘의 평형이 이뤄져 알짜힘이 0이 됩니다.

그래서 자동차 안에서 차를 밀면 차가 움직이지 않는 거에요.

2. 작용 반작용의 법칙 예시

작용 반작용의 법칙에 대한 실생활 예시는 다음과 같아요.

• 자동차끼리 충돌하면 두 자동차 모두 부서진다. 만일 작용 반작용의 법칙이 성립하지 않는다면 두대중 한대만 부서지게 될 것이다.
• 빙판 위에서 두 사람이 서로 마주보고 있다. 이때 한쪽 사람이 상대방을 밀치면 밀쳐진 사람만 뒤로 밀리는 것이 아니라 밀친 사람도 뒤로 밀린다.
• 용수철 저울 2개를 서로 연결한 후 한쪽 용수철 저울을 20N의 힘으로 당기면 반대쪽 용수철 저울의 눈금값도 20N이다.

3. 관련 동영상

NASA에서 만든 뉴턴의 운동 제3법칙 실험 영상이 있어요.

이 영상에는 두 우주인이 나오는데요. 두명 모두 아래 [그림 3]처럼 무중력 상태에서 정지상태로 공간에 떠 있어요.

이때 뒤에 있는 우주인이 앞에 있는 우주인을 밀치게 됩니다.

그러면 두 우주인은 어떻게 움직일까요?

네 맞아요. 작용 반작용의 법칙에 의해 뒤에 있는 우주인이 앞에 있는 우주인을 밀친 힘의 크기만큼 앞에 있는 우주인도 뒤에 있는 우주인을 밀치게 됩니다.

따라서 두 우주인은 서로 반대반향으로 움직이게 되죠. 물론 뉴턴의 운동 제2법칙인 가속도 법칙에 의해 질량이 작은 사람이 더 큰 가속도가 생기게 됩니다.

전체 영상을 보고 싶으면 아래 버튼을 클릭하세요.