가속도

가속도(Acceleration, 加速度)은 속도가 어느 방향으로 얼마나 크게 변화하는가를 나타내는 벡터양으로, 속도의 시간에 대한 변화율로 정의되며, 단위 시간당 속도이다.

특징

운동하고 있는 입자의 속도인 벡터가 시간에 따라 변하는 비율. 시간 간격 Δt = t2 – t1동안 속도가 변한 정도 ΔV = r2 – r1의 비로 정의한다. 속도의 방향은 변하지 않고 크기만 변할 경우 가속도 방향은 속도의 방향과 같고, 속도의 방향이 변할 경우에는 속도의 크기가 변하지 않아도 가속도가 존재한다. 가속도는 m/s²를 단위로 하는데 1m/s²는 1초간에 1m/s의 비율로 속도의 크기가 변한다는 것을 의미하고 뉴턴의 제2운동 법칙에 따르면 물체의 가속도는 작용하는 힘에 비례한다. 갈릴레오에 의해 중력만으로 물체가 가속될 때 가속도는 물체의 크기나 종류와 관계없다는 것이 밝혀졌고 이것을 중력가속도라고 한다. 중력가속도는 측정 장소에 따라 약간의 차이는 있지만 대략 약 9.8m/s²의 크기이다.

가속도 운동

가속도 운동은 물체의 속도가 시간에 따라 바뀌는 운동이다. 물체의 운동은 속도의 변화 여부에 따라 등속 운동과 가속도 운동으로 나누어 설명할 수 있다. 등속 운동은 운동 방향과 속력이 일정한 운동으로 가속도가 없는 운동이다. 등속 운동을 하는 물체는 같은 시간 동안 이동한 거리가 일정하다. 이동 속도가 일정한 에스컬레이터의 운동이 등속 운동에 속한다. 가속도 운동은 물체의 속도가 시간에 따라 바뀌는 운동으로 운동 방향이 바뀌거나 속력이 바뀌는 운동이다. 시간에 따른 속도의 변화를 가속도라고 하며 뉴턴의 제2 법칙에 의하여 물체의 가속도는 그 물체에 가한 힘에 비례한다. 엘리베이터나 자동차가 움직이기 시작하거나 멈출 때의 운동, 등속 원운동이 가속도 운동에 속한다.

가속도 센서

가속도 센서는 속도가 아닌, 가속도를 측정하는 센서이다. 가속도 센서의 동작 원리는 뉴턴의 제 2 법칙인 가속도의 법칙과 휴크의 법칙인 용수철 법칙으로 작동된다. 휴크의 법칙은 변형도가 작은 범위에서 탄성체의 응력과 변형도에 대한 공식이다. 이 공식을 통해 가속도는 스프링이 늘어난 길이에 정비례함을 확인할 수 있다. 가속도 센서가 가장 많이 활용되는 분야는 회전 화면으로, 가로 모드 또는 세로 모드의 화면 회전은 중력가속도가 항상 작용하기 때문에 측정이 가능하다. 더불어 가속도 센서는 자동차 또는 기계에서 소음으로 들리거나 발진으로 느껴질 수 있는 진동을 측정할 때 필수적이다. 교량 건축 및 우주여행의 경우도 진동 측정은 안전과 비용 효율성을 검증하는 데 핵심 요소로, 가속도 센서는 진동을 측정할 때 항상 진폭과 주파수를 정밀하게 파악한다. 또한 가속도 센서는 물체의 속도의 변화인 가속도나 운동량의 변화인 충격량 등을 측정하는 센서의 총칭으로 물체의 운동 상태를 상세하게 감지할 수 있기 때문에 자동화 공장의 로봇이나 자동차나 기차, 선박 등의 운송수단에 필수적으로 사용되며 그 활용도 또한 높다. 가장 간단한 형태의 가속도 센서는 가속도를 갖는 질량이 힘을 발생하는 것을 이용하여 용수철 등의 탄성력으로 힘의 크기를 측정하는 장치이며, 전자식 가속도 센서는 자석과 코일의 기전력 변화로 가속도를 측정하는 방식이다. 이 외에도 압전식, 관성식, 진자형, 진동형, 자이로식 등의 다양한 원리의 가속도 센서가 있으며, 지진의 세기를 측정하는 진도계나 중력 가속도를 이용하여 경사의 기울기를 측정하는 경사계 등도 가속도 센서에 해당한다. 지속적인 소형화를 통하여 통신기기 등에도 가속도 센서를 내장하고 있다.

참고자료

• 사이언스올, 〈가속도〉, 《사이언스올》, 2015-11-05
• 〈가속도 운동〉, 《네이버 지식백과》
• 인아그룹, 〈가속도 센서란?〉, 《네이버 블로그》, 2020-08-10
• 키슬러 공식 홈페이지 - http://asq.kr/XR3lXt
• 사이언스올, 〈가속도 센서(acceleration sensor)〉, 《사이언스올》, 2015-09-09

같이 보기

• 가속
• 속도
• 자동차
• 벡터

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