[고전역학] 운동마찰력 & 정지마찰력 & 유체저항

마찰력이란 접촉력의 일부로  현재 운동하는 것에 저항하는 힘을 말합니다. 

마찰력은 수직항력에 비례합니다. 수직항력이란 중력가속도에 질량을 곱한 값으로  물체의 무게와 그 값이 같습니다. 

 

제목에도 써놨지만 마찰력은 크게 두 가지로 나뉩니다. 정지마찰력과 운동마찰력입니다. 

 

우리가 물체를 움직이기 위해서 최소한 요구되는 힘을 주어야만 합니다. 마치 광전효과에서 문턱진동수와 같은 느낌? 또는 반응이 일어나기 위한 활성화에너지? 같은 느낌이라 보시면 됩니다.  여러분들은 살면서 어떤 박스를 밀 때, 처음에 힘을 빡주어야 움직이는 것을 느꼈을 겁니다. 그 후엔 힘을 조금 줄여도 충분히 이동이되죠. 그걸 나타낸 그래프가 

바로 아래입니다.

마찰력 그래프

이에 대한 공식은 다음과 같이 정리됩니다.

위에 s첨자가 정지를 뜻하며, k는 운동을 뜻합니다. 별거는 없습니다. 그저 우리가 힘을 나타낼 때 F=ma로 나타냈다면 

저기 F에 반대되는 방향으로 F-f_k=ma다. 이렇게 표시만 해주면 되거든요. 

 

다음은 유체저항을 봅시다. 유체저항은 공기중에서의 저항 혹은 물에서의 저항같은 것을 말합니다. 유체란 것이 뭐냐면 액체,기체를 통틀어서 지칭하는 말입니다. 지금까지 우리가 하는 것은 강체에 대한 역학이구요. 

 

잠시 쉬어가는 의미에서 고전역학의 커리큘럼을 설명드리자면 이러합니다.

고전역학이라는 큰 틀에서 뉴턴역학,회전역학,만유인력, 유체역학, 파동과 진동역학, 열역학  이렇게 나눌 수 있습니다. 

지금 여러분들은 여기서 뉴턴역학을 배우고 계십니다.

 

자, 다시 돌아와서 유체저항을 봅시다. 유체저항에 대한 주요개념은 '종단속력'입니다. 얘도 사실 어디까지나 물체에 대한 저항을 바탕으로 하기 때문에 바탕은 비슷합니다. 

여백	저속에서의 유체 저항	고속에서의 유체 저항
공식	f=kv  (k는 비례상수, v는 속도)	F=Dv^2  (D는 비례상수, V는 속도)

 저속과 고속에 대한 기준이 딱히 나와있진 않으나 제가 봤을 때 저속은 액체, 고속은 기체에서의 저항이라고 보시면 편할 듯합니다. 자, 그러면 이들에 대한 공식도 따로 정리해겠습니다. 둘다 공식 유도는 똑같으니까 저속에서의 유체 저항만 고려해서 종단속력을 보겠습니다.  

 

종단속력이란 위 운동이 끝나는 순간의 속력을 의미합니다. 따라서, 아래로 떨어지는 힘인 mg와 그에 저항하는 힘 kv가 합력을 이루면 mg-kv=0이다. 이거죠. 이를 v에 대한 식으로 나타내면 끝입니다. 그게 종단속력이에요.