구심력, 원심력에 대하여...

 

학습목표

원운동에 대해 알 수 있다.

 

생각해볼까요!

우리 주변에서 원운동을 하는 것에는 무엇이 있는지 이야기해 봅시다.

팽이, 선풍기, 회전목마 등이 있습니다.

놀이터에 있는 뺑뺑이를 타면 느낌이 어떤지 이야기해 봅시다.

뺑뺑이가 빠르게 돌면 몸이 뺑뺑이 밖으로 쏠려 떨어질 것처럼 느껴집니다.

 

1. 힘

물체에 작용하여 모양을 변하게 하거나 운동상태를 변하게 하는 것이 힘입니다.

▶ 힘의 효과

① 힘과 물체의 모양이 변합니다.

② 힘과 물체의 운동상태( 힘의 방향 )가 변합니다.

③ 물체의 모양과 운동상태가 변합니다.

2. 힘에 의한 운동방향의 변화

▶ 운동방향과 나란하지 않게 작용하는 힘

① 물체의 운동방향이 변합니다. ( 예 : 원운동)

② 속력과 운동방향이 동시에 변합니다.

 

3. 원운동

물체가 원을 그리며 움직이는 것을 말합니다.

▶ 여러 가지 원운동

① 실에 추를 매달고 돌리면 추는 원운동을 합니다.

② 프로펠러의 끝은 원운동을 합니다.

③ 쥐불놀이의 깡통은 원운동을 합니다.

 

쥐불놀이 : 과거에 대보름달 밤이 되면 달맞이를 하고 행해졌는데 잡초와 잔디속의 여러 가지 병균과 해충들을 죽이고 논밭 잡귀를 몰아내겠다는 의미가 있습니다. 깡통에 끈을 매달고 깡통 속에 짚을 넣고 불을 붙인 다음 깡통을 돌리면 깡통 속 불에는 원심력이 작용하기 때문에 깡통이 뒤집어 있어도 불이 떨어지지 않아 불꽃이 빙글빙글 돌게 됩니다.

 

▶ 회전운동과 원운동

① 제자리에서 도는 것을 회전운동이라고 합니다.

② 팽이, 선풍기의 중심, 레코드 같은 것은 회전운동을 합니다.

③ 원운동은 한 점을 중심으로 원을 그리며 움직입니다.

④ 회전목마의 목마, 프로펠러, 인공위성 같은 것은 원운동을 합니다.

 

4. 구심력

원운동을 하고 있는 물체가 원의 중심으로 향하는 힘

▶ 원운동에서 구심력 역할을 하는 힘

① 인공위성의 원운동 : 중력

② 자동차가 코너를 돌 때 : 마찰력

③ 물체에 실을 연결하여 원운동 할 때 실이 물체를 당기는 힘

물체에 실을 매달아 등속 원운동을 시키던 중 실이 끝어지면 물체는 원의 접선 방향으 로 날아가고 구심력은 없어지게 됩니다.

원의 중심을 향하는 구심력이 원의 접선 방향으로 날아가려는 물체의 운동을 일정한 운 동으로 만들어 줍니다

 

5. 원심력

원운동을 하고 있는 물체가 바깥쪽으로 작용하는 힘

▶ 원심력의 예

① 물체에 실을 매달고 돌리다가 실을 놓으면 물체가 날아갑니다.

② 비에 젖은 우산을 돌리면 빗물이 우산에서 떨어져 나갑니다.

원심력에 의한 것으로 원운동하는 물체는 원의 중심 방향과 반대 방향으로 힘이 작용 하므로 빗물이 우산에서 떨어져 나갑니다.

이외에 주변에서 볼 수 있는 원심력의 예는 무엇이 있는지 질문해주세요.

① 자동차 : 자동차를 타고 모퉁이를 돌 때 바깥쪽으로 내던지는 느낌을 받게 되는 것도 원 심력 때문입니다.

② 세탁기 : 세탁물을 구멍이 많이 뚫린 금속제 용기에 넣고 세탁기를 돌리면 세탁기 속의 통이 원운동을 하면서 빨래도 함께 원운동을 하게 되어 원심력의 작용을 받 습니다. 빨래는 세탁기 속의 옆면에 붙어서 세탁기 밖으로 튕겨 나가려고 하지 만 세탁기 통의 구멍이 작아 빨래는 밖으로 나가지 못하고 물만 빠져나가기 때 문에 빨래를 탈수 시킬 수 있습니다.

③ 롤러코스터 : 롤러코스터가 위에서 돌 때 떨어지지 않는 것은 원심력이 원의 바깥쪽으로 작용하여 우리 몸을 붙잡아 주기 때문에 사람이 아래로 떨어지지 않습니 다.

 

6. 원심력과 구심력

① 원심력과 구심력의 힘의 크기는 서로 같습니다.

② 원심력과 구심력은 서로 반대방향으로 힘이 작용합니다.

③ 물체의 질량이 크고, 물체의 속도가 빠를수록 원심력과 구심력은 커집니다.

 

 

원심력과 안전

① 커브길

굽은 도로를 도는 자동차는 밖으로 나가지 않기 위해서는 속도를 줄여 원심력을 줄여야 안전하며, 굽은 도로의 바깥쪽을 안쪽보다 약간 높게 만들어 원심력에 의한 사고를 예방해야 합니다. 또한 자전거로 모퉁이를 돌 때 자전거를 모퉁이의 안쪽으로 약간 기울여 주는 것도 원심력 때문에 자전거가 밖으로 넘어지지 않도록 하기 위해서입니다.

만약 커브길에서 원심력이 작용하면 커브 밖으로 미끄러지며 사고가 발생하기 때문에 커브진입 전 직선도로에서 충분히 속도를 줄이고 진입하여야 합니다. 만약 커브에 진입하기 바로 직전 또는 진입 후 변속을 하거나 제동을 하며 감속하면 자동차는 원심력으로 인하여 미끄러지며 추락하게 됩니다.

② 쇼트트랙

쇼트트랙에서는 코너를 자주 돌기 때문에 선수들은 체력보다는 섬세하게 코를 잘 도는 기술과 순발력이 필요합니다. 선수들이 원을 그리면서 코너를 돌 때에는 밖으로 밀려나가는 힘을 받게 되는데 원운동을 하는 물체에 원의 중심과 반대방향인 바깥으로 향하는 원심력이 작용하기 때문입니다. 그래서 쇼트트랙 선수들이 쇼트트랙의 코너를 돌 때 밖으로 튕겨 나가려는 힘을 이겨내기 위해 몸을 안쪽으로 눕혀서 중심을 잡는 기술이 필요합니다.

그래서 한국 대표팀은 고무벨트를 허리에 걸고 코너를 도는 훈련을 합니다. 지도자가 벨트를 당겨주는 동안 넘어지는 않는 감각을 익히는 것은 원심력에 대한 저항력을 길러주기 때문에 덕분에 선수들은 코너를 빠른 속도로 돌 수 있습니다.