등속도운동(等速度運動)은 물리학, 특히 고전역학에서 물체가 일정한 속도(일정한 속력과 일정한 방향)로 운동하는 것을 이르는 개념이다. 같은 의미로 등속직선운동(等速直線運動, uniform linear motion) 또는 등속력직선운동(等速力直線運動)이라고도 한다.
개요
등속도운동은 물체에 작용하는 알짜힘(합력)이 0일 때 나타난다. 뉴턴의 제1법칙(관성의 법칙)에 따르면, 외부에서 힘이 작용하지 않거나 작용하는 힘들이 서로 상쇄되어 알짜힘이 0이면 물체는 정지 상태를 유지하거나 일정한 속도로 직선 운동을 계속한다. 따라서 등속도운동에서 가속도는 0이다.
수학적 기술
속도가 v인 물체가 Δt 시간 동안 등속도운동을 할 때, 변위 s는 다음과 같이 나타낸다.
s = v Δt
이는 중·고등학교 과정에서 배우는 "거리 = 속력 × 시간" 관계와 동일하지만, 등속도운동에서는 방향이 고려된 벡터량이라는 점에서 차이가 있다.
그래프적 표현
- 위치-시간 그래프: 기울기가 일정한 직선(일차함수 형태)으로 나타난다.
- 속력-시간 그래프: 시간 축에 평행한 상수함수 형태로 나타난다.
- 가속도-시간 그래프: 항상 0의 값을 가진다.
위치-시간 그래프를 미분하면 속력-시간 그래프가 되고, 이를 다시 미분하면 가속도-시간 그래프(0)가 된다.
현실에서의 적용
실제 자연 환경에서는 마찰력, 공기 저항, 중력 등의 외력이 항상 존재하므로 완전한 등속도운동은 이상적인 개념에 가깝다. 지구 표면에서는 지구의 자전과 공전으로 인해, 우주 공간에서도 완전한 진공이 아니고 우주가 팽창하고 있으므로 엄밀한 의미의 등속도운동은 실현되기 어렵다. 그럼에도 불구하고 등속도운동은 물리학 학습의 가장 기초적인 운동 모델로서, 가속도, 힘, 에너지, 운동량 등 심화 개념을 이해하기 위한 출발점이 된다.
