가속도

 

우리 주위에서 일어나는 운동에는 등속도 운동보다는 속도의 크기와 방향이 변하는 경우가 많이 있다. 이처럼 속도가변하는 물체의 운동은 어떻게 나타낼 수 있을까?

 

1. 가속도

운동하는 물체의 속력이나 운동 방향을 변화시키거나, 또는 속력과 방향을 동시에 변화시킴으로써 물체의 운동 상태를 변화시킬 수 있는데, 이 두 가지 변화가 모두 속도의 변화이다. 가끔 우리는 속도가 얼마나 빠르게 변화하는가에 대해 관심을 갖는다. 편도 1차로 도로에서 다른 자동차를 추월할 때 운전자는 가능한 한 짧은 시간 동안에 속도를 빠르게 변화시켜 추월한다. 일반적으로 물체의 속도가 시간에 따라 변하는 경우, 그 물체의 운동은 가속도를 가졌다고 말한다. 가속도는 단위 시간 동안의 속도의 변화량으로 정의한다.

가속도 = 속도의 변화량 / 걸린 시간

가속도는 방향이 있는 물리량이며, 그 방향은 속도의 변화와 같은 방향이다. 가속도는 속도를 시간으로 나누었으므로 단위는 m/s^2을 사용한다.

우리는 일상생활에서 자동차의 가속을 자주 경험하므로 가속도와 매우 친숙하다. 버스를 탔을 때 운전자가 버스를 출발시키면서 가속 페달을 밟으면 승객들은 뒤로 밀리는데, 이때 우리는 가속을 느끼게 된다. 가속이 잘 된느 자동차는 짧은 시간 동안 속도를 더 많이 변화시킬 수 있다. 가속도의 정의에서 핵심이 되는 것은 바로 속도의 변화이므로, 가속도는 속도가 얼마나 빠른가를 나타내는 물리량이 아니고 속도의 변화가 얼마나 빠르게 일어나는가를 나타내는 물리량인 것이다. 물리학에서 가속도의 개념은 속력이 증가되는 경우뿐만 아니라 속력이 감소하는 경우에도 적용된다. 자동차의 제동 장치인 브레이크를 밟으면 자동차의 속력을 감소 시킬 수가 있는데, 이렇게 속도가 줄어드는 것을 감속도 또는 음(-)의 가속도라고 한다.

자동차를 타고 갈 때 운전자가 브레이크를 갑자기 세게 밟으면 자동차 안의 승객들은 앞으로 쏠리게 되는 음(-)의 가속을 경험하게 된다. 일반적으로 속도가 증가할때의 가속도는 (+)값으로 나타내고, 속도가 감소할 때에는(-)값으로 나타낸다.

가속도는 속력의 변화뿐 아니라 운동 방향의 변화가 있을 때에도 적용된다. 자동차가 일정한 속력으로 곡선 도로를 달릴 때 바깥쪽을 향하는 가속의 효과를 느껴본 경험이 있을 것이다. 자동차가 곡선 도로에서 일정한 속력으로 달려도 방향이 계속 바뀌기 때문에 속도는 일정하지 않다. 다시 말하면, 곡선 도로를 달리고 있는 동안 운동 상태가 변하므로 가속되고 있는 것이다. 물체의 속력이나 운동 방향이 변하거나 또는 속력과 운동 방향이 둘 다 변한다면 속도가 변하는 것이므로 가속되는 것이다.

이제 속력과 속도를 구별하는 것이 왜 중요한가를, 또 가속도를 속력의 변화율이 아닌 속도의 변황ㄹ로 정의하는지를 확실히 알았을 것이다. 다만, 물체가 직선 위에서 운동하는 경우에는 속력과 속도를 같은 의미로 사용해도 무방하다. 물체의 운동 방향이 변하지 않는다면 가속도를 속력의 변화율로 표현해도 아무 관계가 없다.

 

2. 평균 가속도

실제로 물체의 운동에서 속도의 변화가 일정한 경우는 흔하지 않다. 그러므로 가속도를 구할 때에 속도가 어떤 순간에 얼마나 변했는지를 생각하지 않고, 어느 일정한 시간 동안에 변화한 속도를 이용하는데 이것을 평균 가속도라 한다. 평균 가속도는 속도의 시간에 대한 변화율, 또는 속도의 변화를 그 변화를 일으키는 데 걸린 시간으로 나눈 것으로 정의한다.

 

3. 순간 가속도

순간 가속도는 순간 속도와 비슷하게 정의한다. 시간 간격을 극히 짧게 하였을 때의 가속도를 순간 가속도라고 한다.