속력과 가속도는 어떻게 다를까요?

자동차가 빠르게 달린다고 해서 가속도가 반드시 큰 것은 아닙니다. 속력은 움직임의 빠르기를, 가속도는 속도가 시간에 따라 얼마나 변하는지를 나타냅니다. 둘을 구분하려면 먼저 속력과 속도의 차이를 알아야 합니다.

속력에는 크기, 속도에는 방향도 있습니다

속력은 방향 없이 크기만 나타내는 스칼라량입니다. 순간 속력은 순간 속도 벡터의 크기입니다. 반면 속도는 크기와 방향을 함께 갖는 벡터량입니다. 따라서 동쪽으로 20 m/s와 서쪽으로 20 m/s는 속력이 같지만 속도는 다릅니다.

평균 속력은 이동한 총거리를 걸린 시간으로 나눈 값이고, 평균 속도는 변위를 걸린 시간으로 나눈 값입니다. 운동장을 한 바퀴 돌아 출발점으로 돌아오면 이동 거리는 양수이지만 변위는 0입니다. 이때 평균 속력은 0이 아니지만 평균 속도는 0입니다. 평균 속력과 평균 속도의 크기는 항상 같지는 않습니다.

가속도는 속도 변화량을 시간으로 나눕니다

평균 가속도는 (나중 속도 − 처음 속도) ÷ 걸린 시간입니다. 속도의 단위가 m/s이고 시간의 단위가 s이므로 가속도의 단위는 m/s²입니다. 1 m/s²는 속도가 매초 1 m/s씩 변하는 정도를 표현합니다.

직선 위에서 동쪽을 양의 방향으로 정했다고 합시다. 물체가 계속 동쪽으로 움직이며 5초 동안 속도가 20 m/s에서 30 m/s로 변했다면 다음과 같이 계산합니다.

평균 가속도 = (30 − 20) / 5
              = 2 m/s²

이 결과는 5초 동안의 평균값입니다. 그동안 가속도가 일정했다면 매초 속도가 2 m/s씩 증가한 것입니다. 처음과 끝의 속도만 알아서는 중간의 모든 순간에도 가속도가 2 m/s²였다고 단정할 수 없습니다.

속력이 일정해도 가속도는 생길 수 있습니다

등속 원운동에서는 속력은 일정하지만 진행 방향이 계속 달라집니다. 속도 벡터가 변하므로 가속도는 0이 아닙니다. 이때 가속도는 원의 중심을 향합니다. 속도의 크기가 변하는 경우뿐 아니라 방향이 변하는 경우에도 가속도가 생긴다는 뜻입니다.

직선 운동에서 가속도와 속도가 같은 방향이면 속력이 증가하고, 반대 방향이면 속력이 감소합니다. 그래서 가속도가 음수라는 말만으로 느려진다고 판단할 수는 없습니다. 먼저 어느 방향을 양수로 정했는지, 현재 속도가 어느 방향인지 함께 확인해야 합니다.

스스로 확인해 보세요

동쪽을 양의 방향으로 할 때 속도가 5초 동안 30 m/s에서 20 m/s로 변했습니다. 평균 가속도는 얼마일까요? 답은 −2 m/s²입니다. 계속 동쪽으로 움직이면서 속력이 줄었으므로 가속도는 서쪽을 향합니다.