동역학적 관점에서 철봉운동 분석

④휘돌기를 할 때 원심력이 구심력 보다 커지면 철봉을 놓치게 된다. 구심력 [求心力, centripetal force] 이란 등속원운동을 하고 있는 질점에 원의 중심을 향하여 작용하는 힘을 말한다. 질점에 힘이 작용하고 있을 때 그 힘을 질점의 속도의 방향과 그에 수직인 방향으로 나눌 수 있다. 속도는 질점이 그리는 궤도의 접선 방향으로 향하므로 속도에 수직인 힘은 궤도의 법선 방향에 놓이며 궤도의 곡률중심을 향하게 된다. 그 때문에 향심력(向心力)이라고도 한다. 접선 방향의 힘은 속도와 같은 방향으로 작용하므로 질점의 속도의 크기를 변화시키는데, 구심력은 속도에 수직이므로 속도의 방향만을 변화시킨다. 예컨대 균일한 자기장 속에 수직으로 전자가 뛰어들어 운동할 때처럼 일정한 구심력만이 작용할 때는 질점은 등속원운동을 한다. 질량 m인 질점이 일정한 크기 F의 구심력을 받아 속도의 크기 v로 반지름 r인 원둘레를 등속운동하고 있을 때 가 성립된다. 원심력 [遠心力, centrifugal force]이란 원운동을 하고 있는 물체에 나타나는 관성이다. 즉 관성계(慣性系)에 대해 일정한 각속도ω로 회전하고 있는 좌표계에 나타나는 관성력이다. 가령 전차가 커브에 이르렀을 때 승객이 커브 바깥쪽으로 밀려나는 듯이 느끼는 것은 이 힘 때문이다. 원래는 운동체의 관성에 의한 것으로 힘이 아니지만, 물체 내의 운동만을 생각할 경우 힘이 작용하고 있는 것과 똑같은 효과가 나타나므로 이렇게 부른다. 구심력과 크기는 같고 방향은 반대이며, 원의 중심에서 멀어지려는 방향으로 작용한다. 즉 질량 m인 물체가 반지름 r의 원주상을 등속원운동하고 있을 때 구심력의 크기 F는 = (ω는 각속도의 크기, v ＝ rω는 물체의 원운동 속도의 크기)가 되므로, 원심력은 이 F의 방향을 바꾼 것에 해당한다. 원심분리기 등은 이 작용을 이용한 것이다. 그러므로 안쪽으로 작용하는 구심력이 밖으로 작용하는 원심력보다 작으면 …
그러므로 안쪽으로 작용…