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역제곱법칙(inverse-square law)

작성일 2010-08-23

두 물체 사이에 작용하는 힘이 그 두 물체를 잇는 직선 방향에 있고 크기는 거리의 제곱에 반비례한다는 법칙. 두 질점 사이에 작용하는 만유인력에 대한 뉴튼의 법칙. 두 전하(電荷)간에 작용하는 힘에 대한 쿨롱의 법칙, 두 자기극 사이에 작용하는 힘의 법칙 등이 여기에 속한다.

전자는 인력(引力)이며 후자는 전하 또는 자극이 동종(同種)이냐, 이종(異種)이냐에 따라 척력(斥力) 또는 인력이 된다.

한쪽의 물체가 점 0에 정지하고 있을 때 다른 쪽의 물체 m은 공간의 곳곳에서 역제곱법칙에 따르는 힘을 받기 때문에 그 공간에는 역제곱법칙에 따르는 힘의 장(場)이 있다고 한다.

이것은 보전력의 장이며 포텐셜은 0로부터의 거리에 반비례한다.

또 중심력의 장이기 때문에 m의 운동은 면적속도 일정의 법칙(케플러의 제2법칙)에 따른다.

m의 궤도는 원뿔곡선이며, 힘이 척력인 경우는 O를 외초점(外焦點)으로 하는 쌍곡선이 된다.

또 인력의 경우에는 m의 전(全)에너지가 0에서 떨어져나가 무한원(無限遠)까지 날아가는 데 충분한 크기가 아니면 궤도는 O를 하나의 초점으로 하는 타원이 되며, 에너지가 충분히 크면 O를 내(內)초점으로 하는 쌍곡선이 된다.

어떤 경우이든 이심률 e의 제곱과 1의 차는 m의 각운동량(또는 면적속도)의 제곱과 에너지의 곱에 비례하며 0에 가장 접근하는 점의 O로부터의 거리를 | 1-e | a 되게 하는a(타원 궤도에서는 긴 반지름)는 전에너지의 절대값에 반비례한다.

원자 내부에서 원자핵과 전자간, 전자와 전자간에 작용하는 힘도 역제곱법칙에 따르는 쿨롱의 힘이 주(主)이며, 여기서는 운동을 양자역학에 의해 결정해야 한다.


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정류기(rectifier) 2010.08.23
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