1. 개요
본 문서는 대한민국 2015년 개정교육과정 물리학I 1단원에 해당하는 내용을 다루고 있다. 고등학교 교육과정에 초점을 맞춘 문서이며, 개념이나 문제 풀이를 할 때 필수로 알아야 할 알고리즘을 제시하는 용도로 작성했다.2. 개념 구성 및 서론
역학과 에너지에서 다루는 개념들은 변위-이동거리 -> 속도-속력(등속도 직선 운동, 평균 속도-순간 속도) -> 가속도(평균 가속도, 순간 가속도) -> 등가속도(등가속도 직선 운동) -> 힘 -> 물체에 작용한 힘 -> 힘과 가속도, 질량과 관계 -> 운동 방정식 -> 운동량 -> 충격량 -> 에너지 -> 퍼텐셜-운동 에너지 -> 역학적 에너지 -> 열 에너지 -> 특수 상대성이론으로 구성되어 있다.
고등학교 수준의 물리학은 단순한 2차원 계에서의 운동들과 현상들만 다루는 만큼 모의고사, 수능과 같은 평가원 기출에선 문제를 꼬고 난해하게 낸다.
2.1. 변위-이동거리
변위는 물체가 원점, 즉 최초 출발 지점에서 최종 운동 지점 까지 사이의 직선 거리를 의미한다. 나중 위치량과 처음 위치량의 차로 나타낼 수 있으며, 이는 곧 위치 변화량을 의미한다.2.2. 속도-속력
속도와 속력은 물체의 빠르기를 나타내는 것으로, 후에 다루겠지만 변위-시간 그래프에서 기울기가 곧 평균 속력과 속도가 된다. 또 속도와 속력을 나타내는 기호는 똑같이 ‘[math(v)]’이다.속도는 단위 시간당 변위를 나눈 것으로, 변위이니 스칼라량 뿐만 아니라 벡터량도 갖고 있기에 방향을 고려해야 한다.
| 속도 | [math(\vec v = \frac {\Delta\vec s}{\Delta t})] [단위 : m/s] |
속력은 단위 시간당 이동거리를 나눈 것으로, 이동거리는 스칼라량만 갖고 방향이 없다.
| 속력 | [math(v = \frac {\Delta s}{\Delta t})] [단위 : m/s] |
허나 이들은 전체 시간 부분의 변화량을 기준으로 나눈 값이지 단위 시간 당 아주 극한의 순간에서의 물체의 빠르기라고 볼 순 없다. 왜냐면 매순간 마다 물체의 빠르기가 변하는 운동을 할 수 있으니까.
그렇기에 어떤 구간에서 속도를 구할 때는 극한을 활용한다.
| 속도 |
| [math(\displaystyle \vec v = \lim_{\Delta t \to 0} \frac {\Delta\vec s}{\Delta t})] |
| 속력 |
| [math(\displaystyle v = \lim_{\Delta t \to 0} \frac {\Delta s}{\Delta t})] |