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작용-반작용 법칙은 뉴턴의 운동 법칙 중 제3법칙으로, 다음과 같이 정의됩니다.
1) 정의
"모든 작용에는 크기가 같고 방향이 반대인 반작용이 항상 존재한다."
즉, 한 물체가 다른 물체에 힘을 가하면, 다른 물체도 첫 번째 물체에 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 동시에 가한다는 것입니다.
2) 핵심 개념
힘의 쌍 : 작용-반작용 힘은 항상 쌍으로 나타납니다. 혼자서는 존재할 수 없습니다.
크기와 방향 : 두 힘의 크기는 항상 같고, 방향은 항상 정반대입니다.
서로 다른 물체 : 두 힘은 항상 서로 다른 물체에 작용합니다.
예를 들어가면서 설명해 보겠습니다.
1. "말과 마차의 작용-반작용" 이해하기
1) 질문 요약
: "말이 마차를 당기는 힘 = 마차가 말을 당기는 힘"이라면, 왜 말이 마차를 움직일 수 있나요?
🔑 핵심 개념: "힘의 방향"과 "힘이 작용하는 대상"
- 작용-반작용 법칙은 두 물체 간 힘의 상호성을 설명합니다.
→ 말이 마차를 앞쪽으로 500N 당기면(작용), 마차도 말을 뒤쪽으로 500N 당깁니다(반작용).
→ 이 두 힘은 크기는 같지만 방향이 반대이며, 서로 다른 물체(말 vs 마차)에 작용합니다.
■ 혼동 포인트 해소
(1) "말이 더 세게 당길 수 없는가?"
→ 불가능합니다. 작용-반작용 법칙은 힘의 크기가 항상 동일함을 명시합니다.
→ 만약 말이 500N으로 당기면, 마차 역시 반드시 500N으로 응답합니다.
(2) "그런데 왜 마차가 움직이나요?"
→ 마차의 운동 상태는 마차에 가해진 총 힘(Net Force)에 의해 결정됩니다.
① 마차에 작용하는 힘
- 말이 당기는 힘(앞쪽 500N)
- 지면 마찰력(뒤쪽 300N)
→ Net Force = 500N - 300N = 200N(앞쪽) → 마차가 전진.
② 말에 작용하는 힘
- 마차가 당기는 힘(뒤쪽 500N)
- 지면 반작용 힘(앞쪽 700N, 말의 뒷발이 지면을 밀 때 발생)
→ Net Force = 700N - 500N = 200N(앞쪽) → 말도 전진.
※ 결론 : 지면과의 상호작용이 전체 시스템의 운동을 가능하게 합니다.
2. "작용-반작용 힘은 서로 더해지지 않는다"는 의미
1) 질문 요약
: 힘의 합산이 불가능한 이유는 무엇인가요?
🔑 핵심 개념: "힘의 주체" 구분*
① 작용(A)과 반작용(B)은 서로 다른 물체에 작용합니다.
→ 예 : 내가 벽을 100N으로 밀면(작용), 벽이 나를 100N으로 밉니다(반작용)
→ 두 힘은 다른 물체에 적용되므로 합산할 수 없습니다.
📊 사례 비교
✅ 요약 : 핵심 체크리스트
1. 작용-반작용 힘은 항상 크기 동일 + 방향 반대 + 다른 물체 적용
2. 물체의 가속도는 해당 물체에 가해진 Net Force로 결정됩니다.
3. 힘의 합산은 동일 물체에 작용하는 경우에만 유효합니다.