An’s Physics Lecture시뮬레이터

MECHANICS · 015

벡터의 합성

화살표를 직접 옮기고, 작도와 성분 계산이 같은 결과인지 확인하세요.

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예측 → 조건 설정 → 관찰 → 기록 → 한 조건만 바꿔 비교하세요. 예제 불러오기는 현재 기록을 비우고 재현 가능한 정지 상태를 만듭니다.

01 · 화살표의 길이를 그냥 더하면

벡터의 합은 방향까지 고려합니다. 수직인 두 벡터의 합성 크기는 피타고라스 정리로 구합니다.

|\vec A+\vec B|=\sqrt{(A_x+B_x)^2+(A_y+B_y)^2}
해 보기

A=(3,0), B=(0,4)를 불러와 삼각형법과 평행사변형법을 번갈아 보세요.

예상 결과. 합성은 (3,4), 크기는 5 u이며 7 u가 아닙니다. 방향은 약 53.13°입니다.

비교 질문. 두 크기의 합 7 u가 합성 크기가 되려면 방향은 어떠해야 할까요?

모델의 한계. 길이의 합과 벡터 합의 크기를 서로 다른 양으로 구분합니다.

02 · 성분끼리 더하는 이유

같은 축으로 분해한 성분은 부호 있는 수로 더할 수 있습니다. 작도로 얻은 끝점과 같은 위치가 나와야 합니다.

R_x=A_x+B_x,\qquad R_y=A_y+B_y
해 보기

A=(3,2), B=(−1,3)에서 성분 보기를 열고 두 성분을 따로 확인하세요.

예상 결과. 합성은 (2,5), 크기는 √29≈5.385 u입니다.

비교 질문. x성분이 반대 부호여도 y성분은 왜 더 커질 수 있나요?

모델의 한계. 성분은 같은 좌표축 기준이어야 합니다. 서로 다른 축에서 읽은 수를 바로 더하지 않습니다.

03 · 합의 순서를 바꾸기

자유 벡터의 합에서는 순서를 바꾸어도 결과가 같습니다. 삼각형의 경로는 달라져도 마지막 점이 같습니다.

\vec A+\vec B=\vec B+\vec A
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(3,2)+(−1,3)을 기록한 뒤 A와 B의 성분을 서로 바꾸어 기록하세요.

예상 결과. 두 결과의 성분은 모두 (2,5)입니다.

비교 질문. 이동 경로의 길이도 같고, 이동 중 지나간 모든 위치도 같을까요?

모델의 한계. 변위 합이 같다는 것은 실제 운동 과정까지 같다는 뜻은 아닙니다.

04 · 뺄셈은 반대 벡터 더하기

B를 빼는 것은 크기는 같고 방향은 반대인 벡터를 더하는 것입니다.

\vec A-\vec B=\vec A+(-\vec B)
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A=(3,2), B=(−1,3)에서 더하기와 빼기를 바꾸며 결과를 기록하세요.

예상 결과. 합은 (2,5), 차는 (4,−1)이고 차의 크기는 √17≈4.123 u입니다.

비교 질문. B−A는 A−B와 크기·방향이 각각 어떻게 다른가요?

모델의 한계. 계측의 내적·외적은 원래 A,B 사이 값입니다. 빼기에서 부호를 바꾼 작도 화살표와 구별합니다.

05 · 완전 상쇄와 영벡터

크기가 같고 방향이 반대이면 합은 영벡터입니다. 크기는 0이지만 방향을 0°라고 정할 수는 없습니다.

\vec B=-\vec A\Rightarrow\vec R=\vec 0
해 보기

상쇄 프리셋을 불러와 합성 방향 칸을 보세요. B의 y성분을 −2에서 −1.9로 조금 바꾸세요.

예상 결과. 정확한 상쇄에서는 방향이 —로 표시되고, 변경 뒤 결과는 (0,0.1), 방향은 90°입니다.

비교 질문. 아주 작은 오차가 방향을 크게 바꾸어도 크기는 작을 수 있나요?

모델의 한계. 입력·표시 반올림과 실제 0을 구별합니다. 0 크기에서는 각도 작도를 하지 않습니다.

06 · 배수를 바꾸어 합성 조절하기

벡터에 양수를 곱하면 방향은 유지하고 크기만 바뀝니다. 합성 결과는 A의 끝에서 B 방향 직선을 따라 움직입니다.

\vec R=\vec A+k\vec B
해 보기

A=(3,0), B=(−1,2)에서 고급 설정의 k를 0, 1, 2, 3으로 바꾸어 기록하세요.

예상 결과. 합성 끝점은 (3,0), (2,2), (1,4), (0,6)입니다.

비교 질문. 합성 크기가 k에 비례하지 않는 이유는 무엇인가요?

모델의 한계. k는 무차원입니다. 단위가 있는 수를 곱하면 물리량의 종류도 달라질 수 있습니다.

07 · 내적은 같은 방향 성분을 읽는다

내적은 두 벡터가 얼마나 같은 방향을 향하는지 부호와 크기로 나타냅니다. 수직이면 0입니다.

\vec A\cdot\vec B=A_xB_x+A_yB_y=|\vec A||\vec B|\cos\theta
해 보기

A=(3,0)을 유지하고 B=(2,0), (0,2), (−2,0)을 차례로 기록하세요.

예상 결과. 내적은 6, 0, −6 u²로 바뀝니다.

비교 질문. 힘과 변위라면 내적의 부호는 일의 부호와 어떻게 연결될까요?

모델의 한계. 현재 두 벡터의 단위는 같은 u입니다. 실제 일을 계산하려면 힘·변위 단위를 각각 지정해야 합니다.

08 · 외적의 부호와 평행사변형 넓이

외적의 크기는 두 벡터가 만드는 평행사변형의 넓이이고 부호는 순서를 구별합니다.

(\vec A\times\vec B)_z=A_xB_y-A_yB_x
해 보기

A=(3,0), B=(0,4)에서 평행사변형을 보고 기록하세요. A와 B를 서로 바꾸세요.

예상 결과. 넓이는 둘 다 12 u²이고 z성분은 +12에서 −12로 바뀝니다.

비교 질문. 벡터 합은 순서를 바꿔도 같은데 외적은 왜 부호가 바뀔까요?

모델의 한계. 이는 평면 밖 z성분입니다. 넓이 자체는 음수가 아니며 절댓값을 사용합니다.

09 · 평행이동해도 같은 벡터인가

자유 벡터는 시작점을 옮겨도 성분이 같으면 같은 벡터입니다. 작도에서 화살표를 옮길 수 있는 근거입니다.

\Delta\vec r=(x_2-x_1,\ y_2-y_1)
해 보기

공통 시작점을 드래그하거나 고급 설정의 시작점 좌표를 바꾸세요. 합성·내적·외적 값을 비교하세요.

예상 결과. A와 B의 성분을 유지하면 모든 계측값은 그대로입니다.

비교 질문. 힘 벡터의 작용점을 옮겨도 물체의 회전 효과까지 같을까요?

모델의 한계. 힘의 작용점에 따른 돌림힘은 이 자유 벡터 모델의 범위 밖입니다.

모델 · 조작법

물리 모델과 단위

한 평면의 자유 벡터를 다룹니다. u는 사용자가 정하는 동일한 길이 단위이며, 힘·속도·변위 중 하나의 같은 종류 물리량으로 해석할 수 있습니다. 서로 다른 단위의 벡터를 더할 수는 없습니다. A·B 화살촉과 공통 시작점을 드래그할 수 있고 숫자 입력이 같은 값을 설정합니다. 합성은 A±kB이며 내적·외적 계측은 배수 적용 전 원래 A와 B를 사용합니다. 외적은 평면에 수직인 z성분의 부호 있는 값입니다. 영벡터의 방향과 영벡터를 포함한 사잇각은 정의하지 않습니다. 공통 평행이동은 합성을 바꾸지 않지만 힘의 작용점·돌림힘을 다루는 모델은 아닙니다.

조건·시간·기록

설정을 바꾸면 현재 시간은 0으로 돌아가고 정지합니다. 기존 기록은 당시 설정과 함께 유지됩니다. 처음으로는 설정·기록을 유지하며 시간만 0으로, 전체 초기화는 설정·보기·기록까지 기본값으로 돌립니다. 공부하기의 예제는 기록도 비워 이전 실험에 영향을 받지 않습니다. 기록은 이 브라우저 탭 안에서 최대 8개이며 새로고침하면 사라집니다. CSV로 보관할 수 있습니다.

정적 벡터 실험에는 재생 시계가 없습니다. 모든 드래그에 같은 정밀도의 숫자 입력 대안이 있습니다.

조작과 접근성

Space 재생/정지, → 정지 중 한 단계, R 처음으로, F 집중 모드, Esc 대화상자·집중 모드 종료. 입력칸에서는 브라우저 기본 키 동작을 유지합니다. 한 손가락으로 실제 손잡이를 잡을 때만 드래그하고, 빈 곳 스크롤과 두 손가락 확대는 허용합니다.