운동역학 : 구심력, 원심력, 구심가속도

• 구심력/원심력
• 구심가속도

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1. 구심력/원심력

• 구심력 : 물체를 구속시켜 원주 위를 운동하게 하는 원인으로서 회전중심을 향하여 작용하는 반경 성분의 힘.
• 원심력 : 구심력에 대한 반작용력으로서 회전하는 물체가 회전궤도를 이탈하고자 하는 가상적인 힘.
• 구심력과 원심력은 크기는 동일하지만 힘의 작용방향이 서로 반대이며 구심력은 곡선경로를 따라 움직이는 물체에 실제로 존재하는 힘인 반면에 원심력은 구심력이 존재할 때 그 반작용으로 작용하며 구심력이 소멸되면 원심력도 소멸되기 때문에 가상적인 힘이라고 할 수 있다.

 

 

2. 구심가속도

• 구심가속도는 회전 중심을 향하는 가속도로, 반경가속도라고도 부른다.
• 원심력은 뉴턴의 제3법칙에 의하여 회전중심을 향하여 작용하는 구심력과 크기가 같고 방향이 반대인 힘으로서 존재하게 된다.

 

   1) 해머의 구심력과 원심력

• 해머를 돌리다가 손잡이를 놓게되면 해머에 가해진 구심력이 소멸되며 이에 따라 원심력도 0이 된다.
• 구심력의 소멸로 말미암아 해머는 원의 궤적으로부터 이탈한다.
• 뉴턴의 1법칙에 의하여 반경 방향이 아닌 접선방향으로 이탈하게 된다.

 

   2) 육상에서 몸의 기울임각과 트랙면의 경사각

• 곡선주로를 이탈하지 않고 달리기 위해서는 신체를 곡선 주로의 안쪽으로 기울이거나 경기장을 경사지도록 설계해야 하는데 그 이유는 원심력의 영향을 배제하기 위함이다.
• 선수의 체중이 많이 나갈수록, 질주 속도가 빠를수록 그리고 트랙의 반경이 짧을수록 곡선 주로를 달리는 데 요구되는 구심력은 상대적으로더 커지게 된다. 즉 , 원심력이 작용으로 곡선 주로의 코스를 유지하게 어렵게 된다.
• 곡선주로를 달리기 위해서는 트랙 반경에 반비례하는 구심력이 가해져야 한다. Fc = m * v2 / r
• 수평성분력은 구심력이 되고 수직성분력은 수직항력이 된다.
• Fx는 구심력이므로 m * v2 / r
• Fy는 수직항력이므로 m * g 가 된다.
• 주자가 신체의 내측 경사각을 유지하면서 곡선 주로를 달릴 때 미끄러짐을 방지하기 위해서는 다음의 조건이 성립되어야 한다.

 

 

 

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