Force   힘

1. 힘 (Force)

  ㅇ 물체의 상태 변화(운동,변형)를 일으키는 원인/작용(action)
     - `물체 간` 또는 `물체와 주위환경 간`의 상호작용을 기술하는 물리량
        . 물체에 작용하는 벡터

  ㅇ 힘을 다루는 학문  ☞ 역학 (정역학,동역학,재료역학,유체역학,열역학 등) 참조


2. 힘의 정량화 (정의)

  ㅇ 뉴튼(Isaac, Newton)이, 최초로 `힘(= 질량 x 가속도)`을 정량화시킴
     - 질량을 갖는 물체의 운동 상태의 변화(속도의 변화, 시간 변화율)을 일으키는 작용 
        . {# \mathbf{F} = m \mathbf{a} #}

  ㅇ 힘의 단위 : [N],[Newton]


3. 힘의 3 요소 

  ㅇ 힘의 크기([N]), 힘의 방향, 힘의 작용점

  ※ 즉, 힘을 벡터량으로 표현할 때, 힘 벡터의 3 요소는,
     - 화살표의 길이 (힘의 크기), 방향 (힘의 방향, 힘의 작용선), 시작점 (힘의 작용점)

  ㅇ 힘의 부호(방향)
     - 힘의 방향이 변위의 방향과 같을 때 양(+) 부호를 취함
        . 즉, 힘과 변위가 동시에 커지는 방향에 양(+) 부호을 취함 (척력 : `+`, 인력 : `-`)


4. 힘의 종류

  ㅇ 마당력 / 역장 (力場, Field Force) : 기본 힘 
     * 물리적 접촉 없이 작용하는 힘
        . 중력 (만유인력)   : 모든 물체(중력질량)가 서로 잡아당기는 인력
           .. (여기에 분류된 힘 중에 가장 약한 힘에 해당됨)
        . 전기력 (전자기력) : 전하가 상호작용하는 힘 (인력 및 척력)
           .. 전기력 : 정지 전하에 의함
           .. 자기력 : 움직이는 전하에 의함
        . 핵력 (Nuclear Force)
           .. 강력   : 원자핵 속의 양성자,중성자를 묶어주는 힘 
           .. 약력   : 방사성 붕괴를 일으키는 힘. 양성자,중성자를 교환하는 힘

  ㅇ 접촉력 (Contact Force) 또는 표면력 (Surface Force) 
     * 물리적 접촉이 필요한 힘
        . 마찰력
        . 압력
        . 장력
        . [참고] 비행 관련 힘 넷(4) : 양력, 중력, 추력, 항력
        . 부력 등

  ㅇ 내력 (Internal Force)
     * 물체의 결합(력)과 관련되는 물체 내 발생 힘 (접촉력의 일종으로도 봄)
        . 장력
        . 탄성력
        . 응력/변형력 등

     * 질점계(system of particles)에서 한 질점이 다른 질점에 작용하는 힘

  ㅇ 관성력 (Inertia Force) 또는 가상 힘 / 유사 힘 (Fictitious Force)
     * 비관성기준틀에서도 뉴튼의 법칙을 성립시키도록 도입되는 가상의 힘
        . 코리올리 힘 (Coriolis Force)
        . 원심력 등


5. [참고사항]

  ㅇ 힘이 발생시키는 2차적인 물리량
     - 모멘트 (Moment), 일 (Work), 에너지 (Energy) 
        . 모두 같은 차원의 단위 [N m] 를 갖음

  ㅇ 힘의 평형  ☞ 역학적 평형 참조
     - 물체에 작용하는 순 힘(Net Force)이 없을 때

  ㅇ 힘의 물리적 효과
     - 힘의 `작용 위치, 크기, 방향, 작용 면적`에 따라 달라짐

  ㅇ 힘의 해석을 위한 분해법, 결합법(합성법)
     - 벡터 연산을 이용한 평형사변형법, 삼각형법, 다각형법을 적용

  ㅇ 힘의 에너지 보전성과의 관련 여부  :  보존력 ↔ 비보존력
     - 보존력 : 역학적 에너지가 보존되는 힘 (例: 중력, 전기력 등)
     - 비보존력 : 역학적 에너지가 소모되는 힘 (例 : 마찰력, 공기의 저항력 등)