수직항력(normal force)은 역학에서는 표면에서 물체에 수직으로 작용하는 접촉힘이다. 바닥이나 벽의 표면은 이 수직항력으로 물체가 떨어지는 것을 막는다. 예를 들어, 땅에 서있는 사람의 지면반력은 수직항력에 의해 상쇄되어 서있을 수 있게 된다. 다른 예로는, 어느 속도를 가진 물체가 벽에 충돌할 때 벽이 버텨내었다는 것은, 수직항력이 물체를 감속하게 만들었다는 것으로 볼 수 있다.
개요
수직항력이란 닿아있는 두 물체 사이에 작용하는 힘의 성분으로 접촉면과 수직인 방향으로 서로 밀어주는 힘을 말한다. 법선력이라고도 한다. 두 물체 사이 접촉이 면이 아니라 점에서 일어난다고 볼 수 있는 경우는 접촉점에서 접선에 수직선인 법선 방향의 힘을 말한다.
수직 항력은 마찰력과 함께 일상생활에서 늘 경험하게 되는 힘이다. 사람이 수평면에 서 있는 경우 지면이 사람에게 작용하는 힘은 지구중력과 크기는 같고 방향이 반대인 수직 항력으로 나타나서 사람에게 작용하는 알짜힘이 0인 상태가 된다. 또한 경사면에 서 있는 경우도 지면이 사람에게 작용하는 힘은 지구중력과 크기는 같고 방향이 반대가 되어 사람에게 작용하는 알짜힘은 0인 된다. 이 경우 지면이 사람에게 작용하는 힘은 경사면에 수직 방향 성분인 수직항력과 경사면에 나란한 방향 성분인 마찰력으로 분해할 수 있으며, 경사면과 수평면 사이의 각도를 라고 하면 수직항력지구중력, 마찰력지구중력 가 된다.
두 물체가 닿아있지 않고 떨어지게 되면 수직 항력은 작용하지 않는다. 두 물체가 닿아있다는 것은 거시적인 관점에서 말하는 것으로, 접촉 지점을 미시적으로 보면 한 물체의 분자와 다른 물체의 분자는 서로 떨어져 있다. 하지만 분자들이 서로 가까워질수록 분자 사이 전기력인 판데르발스 힘에 의해 밀어내는 힘이 급격히 증가하게 되고, 이 힘이 수직 항력으로 나타나는 것이다. 분자 사이 거리가 증가하면 판데르발스 힘은 거의 무시할 수 있게 되는데, 이 경우 거시적으로 두 물체는 떨어져 있다고 하는 것이다.
수학적 표현
무게(w), 마찰력(Fr), 수직항력(Fn)이 상자에 작용한다. 무게는 질량(m)에 중력가속도 (g)를 곱한 값이다.
간단한 경우로는 책상위에 물체가 놓여진 경우를 생각해 볼 수 있다. 이 경우에 수직항력은 중력과 크기는 같지만 방향은 반대이다. N=mg 에서 m 은 질량, g 는 중력가속도이다. 여기서 수직항력은 물체가 가라앉는 것을 방지하기 위해 책상에서 물체로 가해지는 힘을 나타내며, 이를 위해서 책상은 충분히 튼튼해야 한다.
물체가 기울어진 경사면에 놓여있는 경우에도 물체가 서있는 표면에 수직한 방향으로 수직항력을 받으며, 마찬가지로 힘의 크기는 물체가 가라앉지 않을 정도로 충분해야 하며 물체는 튼튼해야 한다. 힘의 크기는 다음과 같이 계산될 수 있다.
N = mg cos(θ)
N은 수직항력, m은 물체의 질량, g는 중력가속도, θ는 경사면이 수평면과 이루는 각도, 즉 기울어진 각도를 의미한다.
벡터를 사용한 연산
보통 수직항력N의 크기는 표면 상호 작용력의 알짜힘인 T의 n방향으로 수직한 방향으로 나타내어 지므로 수직항력의 벡터는 표면 상호 작용력에 수직한 방향에서 찾을 수 있다. 표면 상호 작용력은 단위법선과 변형력의 내적과 동일하며 다음과 같다:
수지표 기호법으로 나타내면
접촉력의 평형 절단 성분은 마찰력(Ffr)으로 알려져 있다. 다음과 같이 경사면에서 물체에 대한 정지마찰계수를 계산할 수 있다:
θ는 물체가 미끄러지는 지점에서 수평면과 경사면이 이루는 각도를 의미한다.
실생활에서의 쓰임
엘리베이터가 정지해 있거나 일정한 속도를 가지고 있는 경우, 그 안에 서있는 사람에게 작용되는 수직항력은 사람의 무게와 균형을 맞춘다. 엘리베이터가 위 방향으로 가속되는 경우, 사람이 받는 수직항력의 힘은 그냥 바닥에서의 사람의 무게보다 커지므로 사람은 무게가 무거워진 것으로 인지한다. 반대로 엘리베이터가 아래 방향으로 가속되는 경우, 사람이 받는 수직항력은 그냥 바닥에서의 사람의 무게보다 작아지므로 사람은 무게가 가벼워진 것으로 인지한다. 사람이 엘리베이터에 타서 체중계위에 서있을 경우 체중계는 탑승자의 발에 가해지는 수직항력의 크기를 측정하는데, 엘리베이터가 위나 아래로 가속할 경우 체중계는 사람의 일반 바닥에서의 몸무게와 다르게 측정할 것이다. 체중계는 수직항력을 측정하는 것이지 중력의 크기를 측정하는 것이 아니다. 물체의 상황에 대한 지식 없이 정확한 중력의 크기를 측정하는 것이 중요하다.
위 방향을 기준으로 잡을경우 뉴턴 운동 법칙에 따라 탑승자가 받는 수직항력의 크기는 다음의 식으로 나타내어 진다:
M = m(g + a)
참고자료
같이 보기
|
 이 수직항력 문서는 자연에 관한 글로서 검토가 필요합니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 문서 내용을 검토·수정해 주세요.
|
| 일반 : 자연 □■⊕, 생물, 동물, 식물, 정치, 군사, 경제, 사회, 교육, 문화, 예술, 스포츠, 역사, 역사인물, 인간, 인체, 건강, 정신, 성격, 행동, 언어, 수학, 위키 도움말
|
|
|
| 우주
|
1차원 • 2차원 • 3차원 • 4차원 • 5차원 • 11차원 • 공전 • 광년 • 광속 • 금성 • 다중우주 • 달 • 목성 • 별 • 보이드 • 블랙홀 • 빅뱅 • 빛 • 세계 • 세상 • 소행성 • 수성 • 안드로메다 은하 • 암흑물질 • 암흑에너지 • 우주 • 우주배경복사 • 위성 • 은하 • 은하계 • 은하단 • 자전 • 중력파 • 중성자별 • 지구 • 지축 • 진공 • 진공에너지 • 차원 • 천문 • 천문학 • 천왕성 • 천체 • 초신성 • 초은하단 • 카오스 • 코스모스 • 태양 • 태양계 • 테라포밍 • 토성 • 펄사 • 편광 • 평행우주 • 항성 • 해왕성 • 행성 • 혜성 • 화성 • 흑점
|
|
|
| 물리
|
가속도 • 관성 • 구심력 • 나노 • 대상 • 막 • 물리 • 물리량 • 물리학 • 물체 • 반응 • 반작용 • 법칙 • 벡터 • 보손 • 상호작용 • 생성 • 소멸 • 속도 • 수직항력 • 스칼라 • 스핀 • 양자 • 양자역학 • 엔트로피 • 역학 • 운동 • 원심력 • 위치 • 유속 • 유체 • 이동 • 일 • 작용 • 정지 • 존재 • 중력 • 중첩 • 초끈 • 초끈이론 • 파동 • 페르미온 • 현상 • 힘
|
|
|
| 물질
|
가스 • 개체 • 고체 • 기체 • 기화 • 농도 • 대상 • 무기물 • 물질 • 밀도 • 반물질 • 부피 • 분자 • 사물 • 상태 • 속성 • 수분 • 습기 • 습도 • 승화 • 압력 • 액체 • 액화 • 온도 • 용융 • 용해 • 원자 • 유기물 • 응고 • 입자 • 전자 • 점도 • 점성 • 증발 • 질량 • 플라즈마 • 플로케 • 함량 • 혼합물
|
|
|
| 자연
|
가뭄 • 가을 • 강 • 강수 • 강우 • 건기 • 겨울 • 계절 • 고기압 • 공기 • 구름 • 그림자 • 기압 • 기온 • 기후 • 날씨 • 낮 • 눈 • 대기 • 대기권 • 더위 • 돌 • 땅 • 모래 • 무지개 • 물 • 물결 • 밀물 • 바다 • 바람 • 바위 • 밤 • 번개 • 봄 • 불 • 비 • 빗물 • 사막 • 산 • 새벽 • 서리 • 소나기 • 소리 • 썰물 • 아침 • 안개 • 암석 • 어둠 • 얼음 • 여름 • 우기 • 우박 • 월식 • 일식 • 자갈 • 자연 • 자연계 • 자연환경 • 장마 • 저기압 • 저녁 • 점심 • 조류 • 조수 • 지진 • 천둥 • 추위 • 태풍 • 토양 • 파도 • 폭우 • 폭풍 • 하늘 • 해 • 햇빛 • 홍수 • 흙
|
|
|
| 시간
|
과거 • 광속 • 그제(그저께) • 글피 • 날 • 내년 • 내일 • 내후년 • 년 • 뉴턴역학 • 다음달 • 달 • 달력 • 때 • 모래시계 • 모레 • 물시계 • 미래 • 분 • 불시계 • 빅뱅 • 상대성이론 • 생체시계 • 세기 • 세슘 • 세월 • 손목시계 • 스마트워치 • 시 • 시각 • 시간 • 시간여행 • 시계 • 시공간 • 시기 • 시절 • 시점 • 아침 • 야간 • 어제 • 엊그제 • 엔트로피 • 연간 • 오늘 • 올해(금년) • 요일 • 원자시계 • 월 • 월간 • 월말 • 월중 • 월초 • 이번달 • 일 • 일간 • 작년 • 재작년 • 저녁 • 점심 • 주 • 주간 (1주일) • 주간 (낮) • 주말 • 주중 • 주초 • 지금 • 지난달 • 진자시계 • 초 • 해 • 해시계 • 핵시계 • 현재
|
|
|
| 공간
|
가로 • 거기 • 거리 • 곡선 • 공간 • 구 • 그곳 • 길이 • 깊이 • 남동 • 남북 • 남서 • 남쪽 • 넓이 • 높이 • 동그라미 • 동남 • 동북 • 동서 • 동서남북 • 동쪽 • 뒤 • 뒷쪽 • 면 • 면적 • 무게 • 반시계방향 • 방향 • 부피 • 북동 • 북서 • 북쪽 • 사방 • 사선 • 상하 • 서남 • 서북 • 서쪽 • 선 • 세로 • 수직 • 수평 • 시계방향 • 쌍곡선 • 아래 • 아래쪽 • 아랫면 • 앞 • 앞쪽 • 여기 • 여기저기 • 옆 • 옆면 • 옆쪽 • 오른쪽(우측) • 왼쪽(좌측) • 원 • 위 • 윗면 • 위쪽 • 이곳 • 이곳저곳 • 입체 • 저곳 • 저기 • 전후 • 점 • 좌우 • 좌우측 • 좌표 • 중간 • 중심 • 중앙 • 직선 • 쪽 • 크기 • 타원 • 팔방 • 평면 • 포물선
|
|
|
| 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반
|
|
| 산업 : 산업, 산업혁명, 기술, 제조, 기계, 전자제품, 정보통신, 반도체, 화학, 바이오, 건설, 유통, 서비스, 에너지 □■⊕, 전기, 소재, 원소, 환경, 직업, 화폐, 금융, 금융사, 부동산, 부동산 거래, 부동산 정책, 아파트, 건물, 토지
|
|
|
| 에너지
|
SMR • 가속운동 • 가시광선 • 가열 • 각속도 • 감마선 • 감속운동 • 강력 • 고압 • 고온 • 고전역학 • 관성력 • 관성모멘트 • 광선 • 광속 • 광전자 • 광전효과 • 광합성 • 기압 • 냉각 • 냉방 • 뉴턴 • 대류 • 대체에너지 • 동력 • 동력원 • 라디오파 • 마이크로파 • 마찰 • 마찰계수 • 마찰력 • 마찰에너지 • 만유인력 • 만유인력의 법칙 • 무중력 • 물리에너지 • 바이오에너지 • 발열 • 발열반응 • 발화 • 방사선 • 방열 • 베타선 • 복사 • 복사선 • 복사에너지 • 부력 • 불 • 블루에너지 • 빛 • 빛에너지 • 삼투압 • 생물에너지 • 석유에너지 • 석탄에너지 • 섭씨 • 소리에너지 • 소수력 • 속력 • 수력 • 수력에너지 • 수소에너지 • 수압 • 수열 • 수열에너지 • 수직항력 • 신생에너지 • 신에너지 • 신재생 • 신재생에너지 • 알짜힘(합력) • 알파선 • 압력 • 압축응력 • 약력 • 양극선 • 양자역학 • 에너지 • 에너지밀도 • 에너지보존법칙 • 에너지원 • 에너지 효율 • 엑스선 • 엔트로피 • 역반응 • 역파장 • 역학적 에너지(기계에너지) • 열 • 열대류 • 열량 • 열복사 • 열분해 • 열에너지 • 열역학 • 열전도 • 열전도도 • 열전도율 • 열절연 • 열팽창 • 열팽창계수 • 열효율 • 온도 • 온도차 • 왕복에너지 • 왕복운동 • 운동에너지 • 원운동 • 원자력 • 원자력에너지 • 위치에너지 • 음극선 • 응력 • 인공태양 • 인장응력 • 인화 • 입자선 • 자외선 • 자유낙하 • 작용 • 재가열 • 재생에너지 • 저온 • 저압 • 적외선 • 전기에너지 • 전도 • 전자기력 • 절대온도 • 정반응 • 정지에너지 • 조력 • 조력에너지 • 조류에너지 • 줄 • 줄의 법칙 • 중력 • 중력에너지 • 지열 • 지열에너지 • 직사광선 • 직선운동 • 진동 • 진동에너지 • 진자 • 진자운동 • 천연에너지 • 청정에너지 • 친환경에너지 • 칼로리 • 탄성 • 탄성에너지 • 태양 • 태양광 • 태양광에너지 • 태양에너지 • 태양열 • 태양열에너지 • 텐서 • 파동 • 파력 • 파력에너지 • 파워 • 파장 • 폐기물에너지 • 폭발 • 풍력 • 풍력에너지 • 풍압 • 항력(드래그포스) • 해양에너지 • 핵반응 • 핵분열 • 핵분열에너지 • 핵붕괴 • 핵에너지 • 핵융합 • 핵융합에너지 • 화력 • 화씨 • 화학 • 화학에너지 • 회전 • 회전수 • 회전에너지 • 회전운동 • 흡열 • 흡열반응 • 힘
|
|
|
| 발전
|
교류발전기 • 마이크로 수력발전 • 물레방아 • 박테리아 발전소 • 발전 • 발전기 • 발전소 • 발전효율 • 변전소 • 비상발전기 • 소수력발전 • 소수력발전소 • 소형모듈원전(SMR) • 수력발전 • 수력발전소 • 원자력발전 • 원자력발전소 • 조력발전 • 조력발전소 • 조류발전 • 조류발전소 • 지열난방 • 지열발전 • 지열발전소 • 직류발전기 • 태양광발전 • 태양광발전소 • 태양광패널 • 태양열발전 • 태양열발전소 • 파력발전 • 파력발전소 • 풍력발전 • 풍력발전소 • 풍차 • 해양 온도차 발전 • 핵융합발전 • 핵융합발전소 • 화력발전 • 화력발전소 • 회전축
|
|
|
| 연료
|
CNG • LNG • LPG • 가스 • 가스충전소 • 가연성 • 갈탄 • 개질수소 • 경유(디젤) • 경질유 • 고급휘발유 • 고압가스 • 고체연료 • 그레이수소 • 그린수소 • 기체연료 • 나무 • 난방연료 • 두바이유 • 등유 • 땔감 • 면세유 • 무연탄 • 무연휘발유 • 바이오 • 바이오가스 • 바이오디젤 • 바이오매스 • 바이오에탄올 • 바이오연료 • 방사성물질 • 배기가스 • 배출가스 • 번개탄 • 부생수소 • 분별증류 • 뷰테인(부탄) • 브라운수소 • 브렌트유 • 블루수소 • 석유 • 석유화학 • 석탄 • 셰일가스 • 셰일오일 • 수소 • 수소연료 • 수소전기 • 순도 • 숯(목탄) • 압축가스 • 액체연료 • 액화가스 • 역청탄 • 연료 • 연료첨가제 • 연료화 • 연비 • 연소 • 연탄 • 오일샌드 • 오일셰일 • 옥탄가 • 용해가스 • 원유 • 유사경유 • 유연탄 • 유연휘발유 • 윤활유 • 일반휘발유 • 장작 • 점화 • 정유 • 정제 • 조개탄 • 주입 • 중유 • 중질유(中質油) • 중질유(重質油) • 증류 • 질소산화물 • 천연가스 • 천연자원 • 친환경연료 • 코크스 • 타르 • 텍사스유 • 프로페인(프로판) • 합성경유 • 핵연료 • 혼유 • 혼합가스 • 혼합기체 • 혼합연료 • 화석연료 • 화재 • 휘발유(가솔린)
|
|
|
| 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반
|
|
위키원
