2022 물리학1-등속 직선 운동과 상대 속도

등속 직선 운동이라는 건 속력과 방향이 변하지 않는 운동이라고 할 수 있다.
말 자체에서도 알 수 있다.
 
등속(속력이 같다. 즉, 속력에 변화가 없어 가속도도 0인 물체의 움직임)
그리고 직선으로만 운동을 한다는 것이다.
 
1초에 1m
2초 지나면 2m
3초 지나면 3m
4초 지나면 4m
5초 지나면 5m
.
.
.
그렇다.
속도가 1m/s인 기계가 걷고 있는 게 아닐런지..
 

자, 그럼 이번 단원도 앞으로 달려가볼까.
 
등속 직선 운동 문제에서는 가끔 일정한 속력으로 움직인다 해서
'응?
왜 일정한 속도가 아니고 일정한 속력이라 하지?'
라고 해서 헷갈릴 때가 있었는데
어차피 직선으로 운동하는 예시를 나타내는 문제들일 것이기 때문에
굳이 구분하지 않아도 된다.
 
이곳에는 위치-시간 그래프 혹은 속도-시간 그래프가 나타나곤 하는데
일차함수로 나오곤 한다.
 
왜냐면 가속도가 0이기 때문에 시간에 따라 위치의 변화량이 아주 완벽히 일정하기 때문이다.
그래서 x,y축 그래프에서 직선의 형태(일차함수)로만 그려지는 것이다.
 
하지만 가속도가 있다면 곡선 그래프가 그려질 것이다.
 
위치-시간 그래프에서 x축은 시간(s)
위치(m)를 y축으로 나타내는데 전에 배웠듯이 속력, 속도는 m/s로 나타내기 때문에
직선의 기울기 공식을 활용하면
Δy/Δx 즉, 직선 그래프의 한 점(x2,y2)과 다른 한 점(x1,y1)의 변화를 나타낸 것이다.
 
Δy/Δx=y2-y1/x2-x1 ->x가 변화하는 동안 얼만큼 y가 변했냐를 나타내는 걸 기울기 즉, 속도라고 할 수 있다.
(물리학 용어로 ΔS/Δt로도 나타낼 수 있다.)
 
 
이렇게 보다보면 중학교 때 배운 수학 공식이 사용되는 걸 볼 수 있는데(고등과정 미분도 생각나고, 함수까지?)
마치 꽃의 이름을 불러줄 때 의미가 있는 것 처럼
자연 현상을 나타내는 수학적 표현을 
생활에 활용할 수 있도록 가져다 쓰는 걸 물리라고 할 수 있지 않을까 싶다.
 
어떤 현상을 쉽게 이해하기 위해 수학을 가져다 쓰는 것 그리고
그 의미 부여를 통해 물리적 움직임을 나타내는 과정은
대단한 듯 하다.
 

다르게 한 번 생각해보자.
 
우리가 차를 타고 있으면서 느끼는 체감 속도와
밖에 앉아 빠르게 지나가는 차들을 바라볼 때의 차의 체감 속도는
정말 다를 것이다.
 
이런 차이를 나타내는 것이 상대속도라고 할 수 있다.
 
예를 들어, 우리는 언덕 위에서 산책을 하고 있고
언덕 아래로 달리고 있는 기차를 보고 있다고 해보자.
 
상대 속도는 물체의 속도에서 물체를 바라보고 있는 사람의 속도를 빼면 된다.
수식만 보면 빼는 걸로 간단히 표현되는 게 아리송할 수 있는데
결국 상대 속도는 산책하는 우리의 속도와 기차의 속도 간의 차이를 나타내기 때문이라고 할 수 있다.
 
Q. 오른쪽으로 산책하는 우리의 속도 1m/s
오른쪽으로 달리고 있는 기차의 속도 100m/s
라고 한다면
상대 속도는 100-1=99m/s라고 할 수 있는 것이다.
 
Q. 오른쪽으로 산책하는 우리의 속도 1m/s
왼쪽으로 달리고 있는 기차의 속도 100m/s
라고 한다면
상대 속도는 -100-1=-101m/s라고 할 수 있는 것이다.
 
내가 가는 방향과 반대로 빠르게 달리고 있는 기차이기 때문에
마이너스로 표기한다.
 
조금 다르게도 표현하자면,
가만히 있는 내가 있고
기차가 왼쪽으로 101m/s의 속도로 지나가고 있다고 해도 상대 속도가 같다.