Serway 일반물리학 35강 전기장 설명 (electric field, gravitational field, explanation, force, mass)

질문 요약

19:20분에 전기장 설명하실때 E=7n/C일때 힘이 +6C에 기초하므로 42N이지만, 만약 질량이 2kg이라면 21N인 이유는 중력장을 고려하기 때문인가요?

답변 요약

중력장과 전기장을 해석하는 방법은 동일합니다. 중력장은 물체에 작용하는 중력의 크기를 나타내며, 중력장이 10m/s^2일 경우 1kg당 작용하는 중력의 크기가 10N임을 의미합니다. 이를 수식으로 표현하면 F=ma와 같습니다.

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Serway 일반물리학 35강 전기장 설명에 대한 이해

물리학에서는 중력장과 전기장이라는 개념을 도입해서 우리 주변의 자연 현상을 설명하곤 합니다. 이번 포스팅에서는 일반물리학 강의 중 하나인 Serway 일반물리학 35강에서 다루는 '전기장' 개념에 대해 자세히 알아보고, 특히 질문으로 주어진 '전기장에서의 힘의 계산'에 대해 설명하겠습니다.

먼저, '전기장'이란 전하가 위치한 공간에서 그 전하에 작용하는 힘을 설명하는 개념입니다. 전기장의 크기 E는 다음과 같이 정의됩니다.

E = F/q

여기서 'F'는 전하에 작용하는 전기력을, 'q'는 전하의 양을 나타냅니다. 따라서 전기장의 단위는 N/C (뉴턴/쿨롱)으로, 쿨롱당 뉴턴의 힘을 의미합니다.

이제 본론으로 돌아와서 질문에 대해 설명하겠습니다. 질문에서는 전기장 E가 7N/C일 때, +6C의 전하가 받는 힘은 42N이라고 했습니다. 이는 전기장의 정의 E = F/q를 활용한 계산 결과입니다. 즉, F = Eq를 계산한 것이며, 이때 F = 7N/C * 6C = 42N이 됩니다.

그런데 여기서 전하의 질량이 2kg일 때 받는 힘은 21N이라고 했습니다. 이는 전하가 받는 힘과 전하의 질량과의 관계를 나타내는 것으로, 뉴턴의 제2법칙 F = ma를 이용한 것입니다. 여기서 'm'은 전하의 질량을, 'a'는 가속도를 나타냅니다. 가정한 상황에서 가속도는 중력가속도인 g = 9.8m/s^2로 가정하면, F = ma를 다시 정리해서 a = F/m = 21N/2kg = 10.5m/s^2가 됩니다.

따라서 전기장에서의 힘은 전하의 양과 전기장의 크기에 비례하며, 전하의 질량에 따라 그 힘에 의한 가속도가 결정됩니다. 이는 중력장에서의 물체의 운동과 동일한 원리로, 중력장과 전기장은 물리학에서 비슷한 방식으로 해석됩니다.

이렇게 물리학에서는 중력장과 전기장이라는 개념을 통해 자연 현상을 이해하고 설명하는 데 큰 도움을 받습니다. 이 두 개념을 잘 이해하고 활용하면, 우리 주변의 자연 현상을 더욱 명확하게 이해할 수 있을 것입니다.

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