기능해부학 3강

 

007 선운동 의 운동역학적 분석

 

01 힘의 정의와 단위

• 힘(Force): 정지하고 있는 물체를 움직이거나 움직이고 있는 물체의 속도 또는 운동 방향을 바꾸고 물체의 형태를 변형시키는 작용을 하는 물리량

① 벡터양

② 힘(F) = 질량(m) X 가속도(a)

③ 단위: 뉴턴(N), kg - m/s 2

 

• 관성과 질량

① 관성

(1) 물체가 원래의 상태를 유지하려는 고유의 성질

(2) 물체의 질량이 클수록 유지하려는 성질이 강함

② 질량: 물체가 갖고 있는 고유의 성질을 정량적으로 측정한 것

 

02 힘의 종류

• 근력

① 근육의 수축으로 발생하는 힘

② 근 수축은 액틴(Actin)과 미오신(Myosin)의 활주로 일어남

 

• 중력

① 지구가 물체를 지구 중심으로 끌어당기는 힘

② 무게: 물체에 중력의 힘이 작용한 것(무게 = 물체의 질량 X 중력 가속도)

③ 물체에 가해지는 중력의 성질은 물체의 질량에 비례함

④ 물체의 무게에 상관없이 상승과 하강에서 동일하게 적용됨

⑤ 중력이 운동에 직접적인 영향을 주어 운동 시 지면을 밀어낼 때 지면 또한 반작용력을 발휘하며 이 힘을 '지면 반력'이라 함

 

• 마찰력

① 운동을 방해하는 힘, 추진력에 반대하는 저항력

② 운동이 일어나지 않을 때의 마찰력은 '0'

③ 물체에 힘이 가해졌을 때 움직임은 없지만 마찰력이 커지기 시작하며 움직이기 직전까지 최대 정지 마찰력이 증가하다가 움직이기 시작하면 감소

④ 마찰력의 크기와 관련된 요인

(1) 접촉한 두 물질의 구성요인

(2) 접촉면의 불규칙 정도

(3) 물체의 질량

(4) 물체 사이의 상호작용

⑤ 마찰력의 형태

(1) 정지 마찰력: 두 물체의 상대적인 운동이 없을 때 작용하는 마찰력

(2) 운동 마찰력

-두 물체가 접촉하여 상대적인 운동이 있을 때 작용하는 마찰력

-두 물체의 상대적인 속도와 상관없이 항상 일정한 크기를 가짐

⑥ 운동에 있어 운동 기술을 상승시키고 안정성을 높여 도움을 주는 힘

 

• 부력

① 물에 뜨는 힘, 중력에 대항해 유체나 공기로부터 위 방향으로 받는 힘

② 수중에 있는 모든 물체는 부력을 받음

③ 부력중심

(1) 부력이 작용하는 중심

(2) 신체의 부력중심과 무게중심은 서로 일치하지 않음

(3) 수중 자세에 따라 달라짐

 

• 항력

① 받는 힘에 대해 저항하는 힘

② 진행 방향에 항상 반대로 작용, 물체와 유체 사이의 상대적인 운동을 의미함

③ 항력의 크기와 관련된 요인

(1) 유체의 점성

(2) 물체의 형태

(3) 단면적

(4) 표면 재질

(5) 물체의 속력

 

• 양력

① 떠오르게 하는 힘, 중력에 반대되는 힘(상방 양력)

② 양력은 떠오르게 하는 힘이지만, 실제로는 어느 방향으로도 작용함(하방 양력)

③ 물체가 가만히 있을 때는 발생 X, 유체나 물체가 움직이면 나타나는 힘

④ 항력의 수직 방향으로 작용하는 힘

 

• 지면 반력

① 지면이 사람과 물체를 밀어내는 힘

② 중력의 영향으로 발생함

 

03 뉴턴의 운동 법칙

• 뉴턴의 운동 제1법칙: 관성의 법칙

① 외부로부터 물체에 힘이 작용하지 않거나 작용하는 힘의 합이 0이면, 정지하고 있던 물체는 계속 정지해 있고 운동하던 물체는 계속해서 등속도 운동을 함

② 관성: 물체가 원래의 상태를 유지하려는 고유의 성질

③ 관성의 크기는 질량에 비례

④ 정지하고 있는 물체를 움직이게 하거나 운동하고 있는 물체의 속도를 바꾸려면 외부에서 힘이 가해져야 함.

 

• 뉴턴의 운동 제2법칙: 가속도의 법칙

① 물체에 힘을 가하면 힘의 방향으로 질량에 반비례하고 힘의 크기에 비례하는 그 속도가 생김,

가속도(a) = 힘(F) ÷ 질량(m)

② 힘을 가하면 가속도가 발생

③ 힘의 방향으로 가속도가 발생

④ 질량에 반비례하여 가속도가 발생

⑤ 힘의 크기에 비례하여 가속도가 발생

 

• 뉴턴의 운동 제3법칙: 작용- 반작용의 법칙

①한 물체가 다른 물체에 힘을 가할 때 힘을 받는 물체는 힘을 작용한 물체로부터 받은 힘과 동일한 크기의 힘이 반대 방향으로 작용함

② 작용력과 반작용력의 크기는 같고 방향은 서로 반대이며, 동일 직선상에 있음

③ 작용력과 반작용력은 서로 다른 물체에 작용함

 

04 선 운동량과 충격량

• 운동량

① 운동하고 있는 물체가 가지고 있는 물리량

② 운동량(p) = 질량(m) X 속도(v)

③ 운동량의 방향은 물체의 속도와 같은 방향

④ 단위: kg - m/s

 

• 충격량

① 물체가 받는 힘과 시간을 곱한 것, 충격량(l) = 힘(F) X 작용시간(t)

② 충격량의 방향은 물체에 작용한 힘과 같은 방향

③ 단위: N - s

④ 운동량의 변화가 크면 충격량도 커지며, 속도의 변화가 커지면 충격량이 커짐

⑤ 충격량이 동일할 때에는 힘과 시간은 서로 반비례함

 

05 선운동량의 보존(운동량 보존의 법칙)

• 물체끼리 충돌이나 결합, 분열할 때, 외부에서 따로 힘이 작용하지 않으면 물체들의 총 운동량은 항상 일정하게 보존됨
• 처음 운동량의 총합 = 나중 운동량의 총합
• 물체의 영구적인 변형을 일으키는 운동에서는 운동량 보존의 법칙이 적용되지 않음