뉴턴의 법칙 중 작용과 반작용의 법칙을 설명하는 법칙으로 옳은 것은? | 마이메르시 MyMerci
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운동학의 기본 원리
문제

뉴턴의 법칙 중 작용과 반작용의 법칙을 설명하는 법칙으로 옳은 것은?

해설
•제1법칙: 관성의 법칙
•제2법칙: 가속도의 법칙
•제3밥칙: 작용과 반작용의 법칙
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심화 해설

뉴턴의 운동 법칙은 물리치료학에서 힘과 움직임의 관계를 이해하는 기본 틀로, 특히 운동역학(kinetics)과 운동치료학의 기초가 된다. 세 가지 법칙은 각각 관성, 가속도, 작용-반작용을 다루며, 임상에서 관절에 가해지는 부하나 보행 시 지면반발력(ground reaction force)을 해석할 때도 동일한 원리가 적용된다.

뉴턴의 세 운동 법칙

법칙명칭핵심 내용임상 적용 예
제1법칙관성의 법칙외력이 없으면 정지한 물체는 계속 정지하고, 운동하는 물체는 등속 직선 운동을 유지한다.휠체어가 갑자기 멈출 때 상체가 앞으로 쏠리는 현상
제2법칙가속도의 법칙가속도는 가해진 힘에 비례하고 질량에 반비례한다(F=ma).같은 힘으로도 체중이 무거운 환자의 사지를 더 천천히 움직이게 됨
제3법칙작용과 반작용의 법칙한 물체가 다른 물체에 힘을 가하면, 상대 물체도 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 동시에 가한다.보행 시 발이 지면을 밀면 지면이 발을 같은 크기로 반대로 밀어 올림


핵심! 작용과 반작용의 법칙은 제3법칙이며, 두 힘은 서로 다른 물체에 작용하므로 절대 상쇄되지 않는다. 예를 들어 발이 지면을 아래로 미는 힘(작용)과 지면이 발을 위로 미는 힘(반작용)은 각각 지면과 발에 따로 작용한다. 따라서 두 힘을 합쳐 0으로 계산하면 안 되며, 이것이 제1법칙의 평형 상태와 혼동되는 지점이다.

근거 자료에서도 뉴턴의 제3법칙은 “작용(action)은 크기가 같고 방향이 반대인 반작용(reaction)을 일으킨다”는 고전역학의 기본 명제로 기술된다 [1][2]. 다만 최근 연구들은 비평형(nonequilibrium) 환경이나 살아있는 시스템에서는 이 상호작용의 호혜성(reciprocity)이 깨질 수 있음을 보여주는데, 이를 비호혜적(nonreciprocal) 시스템이라고 부른다 [1][2]. 이는 세포 내 분자 모터, 세균 군집, 능동 물질(active matter)처럼 에너지를 지속적으로 소모하는 생물학적 시스템에서 미시적 상호작용이 거시적 거동에 영향을 줄 수 있음을 시사한다 [1][2].

물리치료 임상에서는 거시적 관점의 제3법칙이 주로 적용된다. 보행 분석에서 지면반발력은 발이 지면에 가하는 힘에 대한 반작용으로 발생하며, 수직 성분과 전후·좌우 전단 성분으로 나뉜다. 또 관절가동술(joint mobilization)에서 치료사가 환자의 관절에 가하는 힘 역시 환자의 조직으로부터 같은 크기의 반작용을 받으므로, 치료사의 손목과 어깨 자세가 부하를 견딜 수 있도록 정렬되어야 한다. 혼동 주의! 제3법칙의 두 힘은 ‘동시에’ 발생하며, 한쪽이 사라지면 다른 쪽도 즉시 사라진다. 지면반발력은 발이 지면을 누르는 동안에만 존재한다.
참고 문헌 (논문 출처)
  • [1]
    Phase coexistence implications of violating Newton's third law.일반논문Chiu YJ, Omar AK. (2023) · DOI: 10.1063/5.0146822
  • [2]
    Gaussian fluctuations of nonreciprocal systems.일반논문Shmakov S, Osipycheva G, Littlewood PB. (2025) · DOI: 10.1103/physreve.111.034133

임상 시나리오

보행 분석에서 작용-반작용 원리 적용지면반발력 해석과 관절 부하 평가의 기초

발이 지면을 아래로 미는 힘(작용)과 지면이 발을 위로 미는 힘(반작용)은 동시에 발생하며, 각각 서로 다른 물체에 작용하므로 절대 상쇄되지 않는다.

지면반발력은 수직 성분과 전후·좌우 전단 성분으로 나뉘며, 발이 지면을 누르는 동안에만 존재한다. 보행 주기 중 입각기 동안 측정하여 관절 부하를 평가할 수 있다.

주의

제3법칙의 두 힘을 합쳐 0으로 계산하면 안 된다. 이는 제1법칙의 평형 상태와 혼동되기 쉬운 지점이다.

핵심 개념

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