뉴턴의 운동법칙

뉴턴의 운동 법칙은 고전역학의 기초를 이루는 세 가지 법칙으로, 물체의 운동 상태 변화와 힘 사이의 관계를 설명한다. 아이작 뉴턴이 1687년 저서 《프린키피아》에서 처음 제시하였으며, 이후 물리학의 발전에 지대한 영향을 미쳤다. 이 법칙들은 거시적인 규모의 물체 운동을 매우 정확하게 예측할 수 있게 해주지만, 미시 세계나 매우 빠른 속도로 움직이는 물체에는 적용되지 않는다.

1. 관성의 법칙 (제1 법칙)

• 정지해 있는 물체는 계속 정지해 있으려 하고, 운동하는 물체는 등속 직선 운동을 계속하려 한다. 외부에서 힘이 작용하지 않는 한 물체의 운동 상태는 변하지 않는다. 이 성질을 관성이라고 한다.
• 관성의 크기는 물체의 질량에 비례한다. 질량이 클수록 관성이 크며, 운동 상태를 변화시키기 어렵다.

2. 운동량 변화 법칙 (제2 법칙)

• 물체에 힘이 작용하면 물체의 운동량이 변한다. 운동량의 변화율은 작용한 힘에 비례하고 힘의 방향과 같다.
• 수식으로 표현하면 F = ma (힘 = 질량 x 가속도)로 나타낼 수 있다. 여기서 힘(F)은 물체의 운동량을 변화시키는 원인이며, 가속도(a)는 물체의 속도 변화율을 나타낸다.

3. 작용-반작용 법칙 (제3 법칙)

• 물체 A가 물체 B에 힘을 작용하면, 물체 B는 물체 A에 크기는 같고 방향은 반대인 힘을 동시에 작용한다.
• 작용과 반작용은 항상 서로 다른 두 물체 사이에 작용하며, 한 물체에 작용하는 합력이 0이 되는 것과는 다르다. 예를 들어, 사람이 땅을 발로 밀면 땅도 사람을 같은 크기의 힘으로 밀어내어 사람이 앞으로 나아갈 수 있게 된다.