어떤 물체가 힘을 받고 있는지 알아낼 수 있는 방법은 간단하다.
힘을 받은 물체는 모양이 변하거나 운동상태(속력 이나 운동방향)가 변해야 한다.
<수업설명팁> 우주공간에서 일정한 속도로 날고 있는 우주선에 작용하는 힘의 방향을 물어보면 대부분 학생들은 우주선이 날아가는 방향이라고 답한다. 하지만 우주선에 작용하는 힘은 0 이다. 왜냐하면 우주선의 모양, 속력, 운동방향 모두 변하지 않기 때문이다.
이처럼 과학적으로 어떤 물체가 힘을 받는지를 알아보기 위해서는 기계적으로 모양,속력,운동방향이 변하는지를 대입해 봐야 한다.
만약 우주공간에서 던져진 야구공이 일정한 속력으로 투수의 손을 떠나 포수에게 직구로 날아가고 있다면 이 야구공에 작용하는 알짜힘도 0이 된다.
그리고 우주공간에서 던져진 야구공이 속력은 일정하지만 커브를 그리며 날아가고 있다면 이 공에는 힘이 작용하고 있는 것이다. 왜냐하면 공의 운동방향이 변하고 있기 때문이다. 그럼 어떤 힘이 작용하고 있는 것일까? 그건 정확하게 알 수 없다. 우리가 알 수 있는 것은 운동방향이 변하고 있기 때문에 야구공에 무언가 힘이 작용하고 있다는 것만 알 수 있다. 눈에 보이지는 않지만 주변에 블랙홀이 있어서 끌어당길수도 있다. 확실하지는 않다. 어떤 힘이 작용하는지는 연구를 통해 밝혀 내야 할 것이다.
같은원리로 지구에서 던져진 공이 아래방향으로 점점 빨라지면서 떨어지는 것을 보면 어떤힘이 작용하는지는 몰라도 공이 아래쪽으로 힘을 받고 있다는 것은 알 수 있다. 물론 이 힘은 중력이라고 밝혀져 있다. 하지만 우리가 중력을 모른다 해도 지구상에서 물체는 아래쪽으로 무언가에 의해 힘을 받고 있다는 것을 알 수 있다.
힘에 대한 수업을 하기 위해 교과서에서 자주 나오는 힘을 받으면 모양이 변하는(공이 찌그러지는) 모습과 힘을 받은 방향으로 날아가는 모습을 초고속으로 촬영(갤럭시s9 슈퍼슬로우모션)해 보았다.
아래는 힘에 따른 우주선 속력변화 프로그램이다. 함께 보여주면 좋다.
http://sciencelove.com/927
