최근 수정 시각 : 2023-08-28 23:06:00

수직항력

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垂 直 抗 力 / normal force[1]

어떤 물체들의 접촉면에서 작용하는 힘 중, 서로에게 수직으로 작용하는 힘. 기호로는 [math( N )]을 주로 쓴다. 실재하는 힘이라기보다는 분석할 때, 조건에 맞으면 적당히 붙이는 이름이다.[2]

물체가 충분히 단단하며 비탄성적이지 않다면(= 부서지거나 달라붙지 않는다면) 접촉했을 때, 다른 물체를 밀어낼 것이다. 이는 자신의 형태를 유지하는 힘 때문이라고 할 수 있으며 일반적으로 물체는 전자기력으로 입자들을 붙들어매고 있기 때문에 수직항력의 근원은 전자기력이라고 볼 수 있다.[3]

보통은 책상위에 있는 물체가 중력을 받고있을 때, 책상이 자신의 형태를 유지하기 위해 물체를 떠받치는 힘 정도로 보지만 상황에 따라서는 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어 360도 회전하는 롤러코스터의 정상에서는 레일이 열차를 아래방향으로 밀어내기 때문에 수직항력은 아래방향으로 작용한다.[4]

흔히 무중력 상태를 판가름하는 척도로 쓰인다. 중력이 없다면, 책상위에 놓인 물체가 책상을 누르지 않으므로, 중력과 힘의 평형관계인 수직항력도 없을 것이기 때문이다.

마찰력은 수직항력과 마찰 계수의 곱으로 나타난다. 식으로는 [math(F=\mu \times N )]으로 나타낼 수 있다. 여기서 [math(N)]이 수직항력, [math( \mu )]가 마찰 계수를 나타낸다.[5]
[1] 여기서 normal은 '일반적인'이 아니라 '수직의'라는 의미를 갖는다. [2] 비슷한 방식으로 정의되는 '장력'이라는 힘도 있다. 장력은 실로 연결된 물체를 실이 잡아당기는 힘이다. [3] 이해가 되지 않는다면 이렇게 생각해보자. 어떤 사람들이 서로 어깨동무를 하고 벽을 만들고 있다고 하자, 벽이 충분히 강하여 무너지지 않는 이상 다른 사람은 벽에 떠밀려 벽 안쪽으로 들어갈 수 없을 것이다. 이와같이 원자들이 서로 전자기력이라는 힘으로 강하게 엮여있기(=벽) 때문에, 다른 물체(=사람)를 밀어내게 되는 것이다. [4] 그리고 이 수직항력과 중력이 아울러 구심력으로 작용하여 열차를 회전운동하게 만드는 원인이 된다. 따라서 열차는 꼭대기에서의 가속도가 0이 아니다! [5] 사실 이 표기는 정확하지는 않은 게 [math(\mu)]는 스칼라이고 [math(f)]와 [math(N)]의 방향이 수직이기 때문이다. f와 N이 각각 마찰력과 수직항력의 크기라면 정확한 식이라고 할 수 있다.

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