힘의 3요소
물체에 힘이 작용할 때 물체의 운동은 힘의 크기, 힘의 방향, 힘의 작용점에 따라서 달라지는데, 이것을 힘의 3요소라고 합니다. 따라서 힘을 표시할 때에는 힘의 크기, 힘의 방향, 힘의 작용점을 모두 나타내어야 합니다.
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손가락으로 책상 위에 놓인 책을 밀어서 움직일 때, 손가락으로 미는 위치가 중간 지점이면 책이 미는 방향으로 움직이는데, 손가락으로 미는 위치가 책의 끝부분이면 책은 밀려 움직이면서 회전도 합니다. 즉 물체에 작용하는 힘의 작용점에 따라서 물체는 병진운동만 할 수도 있고, 회전운동을 겸하기도 합니다.
힘의 합력
한 물체에 둘 이상의 힘이 동시에 작용할 때, 이 힘들과 같은 효과를 내는 하나의 힘을 합력이라고 합니다. 그리고 합력을 구하는 과정을 힘의 합성이라고 합니다.
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줄다리기 하는 사람들의 힘을 모두 합하면 큰 하나의 화살표로 나타낼 수 있습니다.
힘의 합력 구하기(대각선법)
한 물체에 두 힘이 동시에 작용할 때, 두 힘의 합력은 화살표를 이용하면 쉽게 구할 수 있습니다. 두 힘을 화살표로 나타낸 후, 화살표와 평행한 직선을 두 개 그어 평행사변형을 그립니다. 이 때 평행사변형의 작용점으로부터 그은 대각선의 화살표가 두 힘의 합력이 됩니다. 대각선의 길이는 합력의 크기를 나타내고, 대각선의 방향은 합력의 방향을 나타냅니다.
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두 힘 사이의 합력의 크기는 두 힘 사이의 각도가 클수록 작습니다..
두 힘 사이의 각도가 0˚일 때는 두 힘이 같은 방향으로 작용하는 경우이므로 합력의 크기가 최대가 됩니다.
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만약 두 힘 사이의 각도가 120˚이고 두 힘의 크기가 같을 때 합력의 크기는 더하기 전 한 힘의 크기와 같습니다. 또 두 힘 사이의 각도가 180˚일 때는 두 힘이 서로 반대 방향으로 작용하는 경우이므로, 합력의 크기가 최소가 됩니다.