일상에서는 물체가 일정한 속도로 계속 움직이기란 쉽지 않습니다. 하지만 우주와 같이 마찰이 없는 공간에서는 물체가 계속해서 같은 속력으로 움직일 수 있습니다. 이러한 운동을 등속운동이라고 합니다.
등속운동이란?
‘등속운동’이란 말 그대로 속력이 일정한 운동을 의미합니다. 즉, 물체가 방향과 속력의 변화 없이 움직이는 운동입니다.
일상 속 등속운동 예시
- 에스컬레이터
- 무빙워크
- 공장의 컨베이어 벨트
이러한 예시는 인공적으로 만든 기계 장치이기 때문에 등속운동이 가능합니다.
등속운동과 마찰력
지상에서는 물체를 굴리면 마찰력 때문에 속도가 줄어들고 결국 멈추게 됩니다. 하지만 마찰력이 없다면 물체는 등속운동을 하게 됩니다. 이를 확인할 수 있는 실험이 에어 테이블 실험입니다.
에어 테이블 실험
에어 테이블에 공기를 틀어 공을 띄우면 마찰이 거의 사라지게 되고, 축구공은 일정한 속력으로 계속 움직입니다. 이처럼 운동을 방해하는 힘(주로 마찰력)이 없다면 등속운동이 가능하다는 것을 보여줍니다.
속력-시간 그래프와 등속운동
등속운동은 속력-시간 그래프에서 수평선으로 나타납니다.
예시: 속력 2m/s로 3초 동안 이동했다면?
- 속력: 2m/s
- 시간: 3초
- 이동거리 = 속력 × 시간 = 2 × 3 = 6m
이 그래프의 넓이(직사각형)는 이동 거리를 의미합니다.
시간-거리 그래프와 등속운동
등속운동의 시간-거리 그래프는 기울기가 일정한 직선입니다. 이 기울기 자체가 바로 속력을 의미합니다.
예시: 2m/s로 이동한 그래프
- 1초: 2m
- 2초: 4m
- 3초: 6m
이 점들을 연결하면 직선이 되며, 이 선의 기울기가 바로 2m/s입니다.
속력이 더 빠른 등속운동
이번엔 3m/s 속력으로 이동했다면?
- 1초: 3m
- 2초: 6m
- 3초: 9m
그래프에서 이 경우 선의 기울기가 더 가파릅니다. 즉, 기울기가 클수록 속력이 빠르다는 것을 알 수 있습니다.
정리
등속운동은 속력이 일정한 운동으로, 마찰력이 없는 환경에서만 자연스럽게 발생합니다. 속력-시간 그래프에서는 수평선, 거리-시간 그래프에서는 기울기 일정한 직선으로 표현됩니다.
