안녕하세요!
#국립과천과학관 입니다.
두 물체에 작용하는 힘의 크기는 같고 방향이 반대라는 원리를 작용-반작용의 법칙이라고 합니다.
오늘 #특수실험실 에서는 상황에 따라 이 작용-반응이 달라집니다.
어떻게 작동하는지 알아봅시다.
작용-반작용의 법칙
오늘의 실험에서는 인라인 스케이트를 이용하겠습니다.
안전한 실험을 위해 안전모를 꼭 착용하시고 참여해주세요!
작용-반작용 법칙이 세 가지 다른 상황에서 어떻게 작동하는지 알아봅시다.
첫 번째는 두 사람이 손을 맞잡고 밀 때이다.
두 사람이 서로 밀면 작용-반작용의 법칙에 따라 같은 크기의 힘이 가해지고, 반대 방향의 힘, 즉 반작용에 의해 둘은 멀어지게 된다.
둘 다 멀어졌지만 특히 의사는 더 멀리 밀려났습니다.
이것이 적용된 힘입니다.
마찬가지지만 두 사람(물체)의 무게 차이로 인해 발생하는 현상이다.
즉, 작용-반작용에서는 힘의 크기는 같지만, 물체가 밀린 거리는 물체의 질량에 따라 달라질 수 있습니다.
둘째, 한쪽에서만 힘이 가해지면 어떻게 될까요? 한쪽에서만 힘을 가하려면 한 사람만 등을 돌리고 밀어보자. 인라인스케이트 때문에 두 사람 모두 바닥과의 마찰 없이 뒤로 밀려났지만, 첫 번째 실험과 마찬가지로 의사는 더 멀리 나아갔다.
작용-반작용은 일어나지 않았지만 그에게 가해진 힘만큼 반작용의 힘이 정디슨을 밀어냈다.
마지막으로 여러 사람이 있을 때 어떤 작용-반작용 법칙이 발생하게 될까요? 서로 마주보며 3:1 비율로 밀자. 여러 사람이 있어도 액션-리액션이 발생합니다.
세 사람의 합만큼 작용력의 크기가 커져 혼자 있던 다이슨 정이 이전 실험보다 더 큰 힘을 갖고 가장 멀리 나아갔다.
일행 3명은 각각 멀리 갔지만 맨 앞에 있던 의사는 거의 움직이지 않았다.
이는 정학장이 미는 힘과 뒤에서 오는 힘의 반작용이 서로 상쇄되어 의사가 움직이지 않았다는 뜻이다.
뉴턴의 범선두 번째 실험은 뉴턴의 범선입니다.
프로펠러를 켜면 자동차는 어느 방향으로 갈까요? 프로펠러는 공기를 밀어내는 힘에 반응하여 오른쪽으로 움직입니다.
이때, 자동차에 돛을 달면 어떤 변화가 일어날까요? 돛을 달고 프로펠러를 작동시켜도 차가 전혀 움직이지 않습니다.
공기를 미는 프로펠러의 힘(작용)과 프로펠러를 미는 공기의 힘(반작용) 사이에 장애물(돛)이 있으므로, 돛을 미는 공기의 힘은 감소합니다.
이런 일이 발생합니다.
이때 돛을 미는 힘과 자동차를 미는 힘이 상쇄되어 배는 전혀 움직이지 않게 된다.
그렇다면 돛이 직선형 돛이 아닌 곡면으로 되어 있다면 결과는 어떻게 달라질까요? 차량에 커브세일을 장착한 후 프로펠러를 작동시켰더니 이번에는 차량이 왼쪽으로 이동했습니다.
장애물(돛)이 휘어지면 돛을 통해 공기가 흐릅니다.
자동차는 돛을 통해 흐르는 공기의 힘에 대한 반작용으로 왼쪽으로 움직입니다.
작용-반응을 이용하여 물컵을 회전시켜보세요!
마지막은 회전하는 물컵에서 일어나는 작용-반작용 실험이다.
실험은 매우 간단합니다.
여러분이 해야 할 일은 빨대 두 개를 구멍에 넣고 컵에 물을 붓는 것 뿐입니다!
물을 넣으면 빨대를 통해 물이 뿜어져 나오고 컵이 회전합니다.
이는 작용-반작용의 법칙에 의해서도 발생합니다.
이는 물이 흘러나오는 방향의 힘(작용)과 반대 방향의 힘(반작용)으로 인해 컵이 회전하는 원리이다.
오늘은 작용-반작용의 법칙을 이해하기 위해 다양한 실험을 진행했습니다.
실험 특성상, 이해를 돕기 위해 꼭 아래 영상을 시청해주세요!
함께 시청해주세요!
(Watch Star Lab) 다음 실험도 많이 기대해주세요. 감사합니다.