속도랑 속력, 뭐가 다른거지? 스칼라와 벡터 알아보기

거리, 시간, 방향 측면에서 물체의 운동을 설명할 때 물리학자들은 속도와 속력의 기본 양을 사용합니다. 두 가지 용어가 서로 다른 의미를 가지고 있으나 우리는 같은 뜻으로 혼용하여 사용되는 경우를 흔히 접하게 됩니다. 그렇다면 속도와 속력, 차이점은 무엇일까요? 이유는 스칼라와 벡터의 차이입니다.

 

속력는 물체가 경로를 따라 움직이는 시간 비율이고, 속도는 물체가 움직이는 속도와 방향입니다. 다시 말하면, 속력은 스칼라 값이고 속도는 벡터입니다. 

 

속력에 대한 수학적 계산은 상대적으로 간단합니다. 물체의 평균 속력은 이동한 거리를 물체가 이동하는 데 걸린 시간으로 나누어 계산합니다. 예를 들어, 100km의 거리를 2시간동안 이동하였다면, 이때의 평균속력은 50km/h 입니다. 반면에 속도는 수학적으로 더 복잡하며 물체의 움직임에 대해 어떤 정보를 사용할 수 있는지에 따라 다양한 방식으로 계산할 수 있습니다. 가장 간단한 형태로 평균 속도는 위치 변화(Δr)를 시간 변화(Δt)로 나누어 계산합니다.

 

다음 그림에서 실제 이동한 경로가 붉은 색 선이라면, 속력은 붉은 색 경로의 길이를 이동한 시간으로 나눠준 값이 됩니다. 그렇지만, 속도는 방향의 개념이 더해져서 시작점과 끝점을 연결하는 방향값, 두 점을 연결하는 직선길이가 크기가 됩니다. 

 

 

조금 더 이해하기 위해서는 수학과 물리학의 기본 개념이며 다양한 방식으로 수량을 설명하는 데 사용되는 스칼라와 벡터를 살펴보는 것이 도움이 됩니다. 

 

스칼라

아래 그림의 두개의 붉은 선분은 길이가 같습니다. 기울어진 방향이 다르지만, 스칼라는 크기만 갖는 양이기 때문에 다음의 두쌍은 같은 색끼리 같은 크기의 선분이 됩니다. 

- 스칼라는 크기나 크기만 갖는 양입니다. 즉, 단일 숫자로 설명되며 방향이 없습니다.

- 스칼라는 질량, 시간, 온도, 속도, 거리, 에너지와 같은 간단한 측정값을 나타내는 데 사용됩니다.

- 스칼라는 나타내는 수량에 따라 양수, 음수 또는 0이 될 수 있습니다.

- 스칼라는 결합될 때(예: 스칼라 더하기 또는 곱하기) 산술의 기본 규칙을 따릅니다.

 

스칼라의 예

- 질량: 5kg(5kg)

- 온도: 섭씨 30도(30°C)

- 시간: 2시간(2시간)

- 거리: 100m(100m)

- 속도: 시속 50km(50km/h)

- 에너지: 200J(200J)

 

벡터

벡터는 스칼라가 갖는 크기에 방향 정보를 더 가지고 있습니다. 그렇기 때문에 위의 그림과는 달리 아래의 두 반직선은 길이는 같지만, 방향이 반대로 되어 있기 때문에 다른 값입니다. 

 

- 벡터는 크기와 방향을 모두 갖는 양입니다. 화살표나 굵은 글씨로 표현되며 길이와 방향의 조합으로 생각하면 됩니다.

- 벡터는 변위, 속도, 가속도, 힘, 운동량 등 위치의 이동이나 변화와 관련된 양을 설명하는 데 사용됩니다.

- 벡터는 일반적으로 3차원 공간에서 좌표축(예: x, y, z)을 따라 구성요소로 표현됩니다.

- 벡터로 작업할 때는 크기(얼마나 많은지)와 방향(가는 방향)을 모두 고려하는 것이 중요합니다.

 

벡터의 예

- 변위: 동쪽으로 10m (10m, 동쪽)

- 속도: 초당 20미터 북쪽(20m/s, 북쪽)

- 힘: 오른쪽으로 50뉴턴(50N, 오른쪽)

- 가속도: 초당 5m(5m/s², 아래쪽)

- 운동량 : 초당 30kgm(30kg·m/s, 전진)

 

요약하면, 스칼라는 크기만 갖는 수량을 나타내는 반면, 벡터는 크기와 방향을 모두 갖는 수량을 나타냅니다. 스칼라와 벡터의 차이점을 이해하는 것은 다양한 분야, 특히 이러한 개념이 물리적 현상과 동작을 설명하고 분석하는 데 사용되는 물리학 및 공학 분야에서 매우 중요합니다.