기울어진 면에 놓인 상자에 작용하는 힘들을 표시한 자유물체도.무게 중심이 바닥면을 벗어나면 힘의 균형이 무너져 알짜힘이 0 보다 커지고 상자가 움직이게 된다.
알짜힘(合力, net force)은 물체에 작용하고 있는 모든 힘들의 벡터를 합하여 계산한 것이다. 합력이라고도 한다. 이렇게 계산된 알짜힘은 실제 물체에 작용되는 힘의 크기와 방향을 나타낸다.물체에 작용하는 힘들 전체를 나타내고 알짜힘을 구하기 위해 자유물체도가 사용되기도 한다.
실제 물체의 운동에는 알짜힘뿐만 아니라 돌림힘도 관여하므로 물체의 운동에서 관찰되는 최종적인 합력은 알짜힘과 다를 수 있다. 다시 말하면 알짜힘과 돌림힘이 합쳐져 합력이 된다.
정지해 있는 질량 1kg인 물체에 1N의 힘이 오른쪽 방향으로 작용하면 물체는 1m/s의 가속도로 오른쪽 방향으로 움직인다.
그러나, 정지해 있는 질량 1kg인 물체에 1N의 힘이 오른쪽 방향으로 작용하고, 동시에 왼쪽 방향으로 같은 크기의 힘이 작용한다면 그 물체는 움직이지 않는다.
이것은 힘이 크기만 있는 것이 아니라 방향도 함께 가지는 벡터량이기 때문이다. 따라서 물체에 작용하는 힘의 합성은 크기만 더하여서는 안 되고 방향을 고려하여 벡터합으로 더해야 한다. 물체에 반대방향으로 작용하는 같은 크기의 힘은 평형이 되어 합력이 0이다. 이렇게 평형을 이루는 힘을 제외하고 실제 물체의 운동을 결정하는 힘이 알짜힘이다. 물체는 각각의 힘에 따라 움직이지 않고 모든 힘을 벡터합한 합력, 즉 알짜힘에 따라 움직인다.
예를 들어 질량 0.5kg인 물체에 오른쪽으로 1N, 왼쪽으로 2N, 위쪽으로 1N, 아래쪽으로 2N의 힘이 각각 작용한다면 알짜힘은 왼쪽으로 1N, 아래쪽으로 1N의 합력이 된다. 즉, 왼쪽 아래 45˚ 방향으로 √2 N의 힘이 작용하여 2√2 m/s²의 가속도로 움직인다.
알짜힘의 계산[편집]
그림에서 알짜힘
F→ 는 두 방향으로 작용하는 힘의 벡터 합으로 계산될 수 있다.
힘은 벡터량으로 크기와 방향을 갖는다. 알짜힘은 하나의 물체에 작용하고 있는 모든 힘들의 벡터합이다. 그림에서와 같이 어떤 물체에 힘이 두 방향으로 작용하고 있다면, 알짜힘은 점선으로 표시된 F→ 와 같다. 만약 힘을 받는 물체가 바닥에 놓인 공과 같이 마찰에 큰 영향을 받지 않는 것이라면, 알짜힘의 크기가 정지한 물체를 움직일 충분한 크기라면 정지해 있는 물체는 알짜힘이 작용하는 방향으로 운동할 것이다. 이 경우 알짜힘은 다음과 같은 수식으로 나타낼 수 있다.
힘의 크기는 언제나 0 또는 양의 값을 갖지만, 알짜힘의 계산해서 방향이 반대인 두 힘은 그 중 하나를 음수로 나타내어 계산할 수도 있다. 한 점에 작용하는 두 힘 사이의 각이 θ라고 하면 알짜힘의 크기는 다음과 같이 구한다.(F는 각 벡터 힘들의 크기이다)
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
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