이제 뉴턴 1법칙에대해 알아보겠습니다.
우리에게 약간의 퀴즈를 내보죠,
지금 제가 하고 싶은 건 이러한 문장중의 무엇이
진실이냐는 겁니다.
우리의 첫 문장은
"물체에 가해지는 알짜 힘이 0 이면,그것의 속도는 바뀌지 않는다."
흥미롭네요.
문장 번호 2:
"물체에 가해진 힘은 항상 물체의 속력에 영향을 준다."
또한 재미 있는 문장이네요.
문장 번호 3:
"우리의 삶에서 처음엔 움직이던 물체가 멈추려 하는 이유는
그것에 힘이 가해졌기 때문이다."
그리고 문장 4:
"물체에 가해진 힘은 항상 개체의 방향을 바꾼다."
그래서 이것들에 대해 생각해 보세요.
그러니까 이 문장과 문장들을 생각해보라는 거죠.
우리의 첫 번째 문장 바로 여기있습니다. "물체에 가해지는 알짜힘이 0이면,그것의 속도는 바뀌지 않는다,"
이건 완벽히 맞습니다. 뉴턴의 1 법칙을 표현하는 또 다른 방법이죠.
만약 어떤 속도로 우주를 떠다니는 몇몇 물체가 있다면
그래서, 그건 어느 방향으로 속력을 가졌는데
어쩌면 그 "깊은 우주" 그리고 우리가 순수하게 그곳에는 중력 상호작용이 없다고
가정할 수 있다면, 그곳에는 항상 매우 작은 한개의 물체만 있다면
우리가 아무런 중력 상호 작용,부딪히는 입자가 없는, 절대 진공의 공간을 가정한다면
그것은 영원히 움직일겁니다.
속도는 바뀌지 않습니다. 방향,속력중 하나도 바뀌지 않습니다.
그래서 이는 절대적으로 사실입니다.
문장 번호 2 "물체에 가해진 힘은 항상 물체의 속력에 영향을 준다."
키워드는 여기에 있는 '속력'입니다.
만약 제가 "물체의 속도에 영향을 준다" 고 썻다면 이건 옳은 문장이겠죠.
"물체에 가해진 힘은 항상 물체의 속도에 영향을 준다." 이건 맞습니다.
하지만 우리는 속도라고 썼습니다. 속력은 속도의 크기입니다. 그것은 방향은 고려 하지 않습니다. (벡터-스칼라 역자주)
그리고 왜 두 번째 문장은 틀렸는 알기 위해, 몇 가지를 생각해 볼 수 있습니다.
우린 구심가속도와 원심력,구심력의 개념에 대한 비디오를 찍을 껀데요.
지금은 완전한 개념을 만들진 못하겠지만
하여튼 위에서 스케이트장을 보고 있다고 상상해보세요.
그리고 여기 스케이트 선수가 있습니다. 이건 선수의 머리에요.
이쪽으로 움직이고 있죠.
이제 상상하세요. 바로 이 순간 그들은 스케이트장에 매여있는 밧줄을 잡습니다.
우리는 위에서 이 모든 것을 보고 있고 바로 여기 밧줄이 있습니다.
지금 무슨 일이 일어나고 있나요?
스케이팅 선수는 움직이고 있고,그 방향은 바뀌겠죠.
이 사람은 밧줄을 잡고 있고, 밧줄을 잡고 있는 동안 계속 원모양으로 움직이겠죠.
그리고 이 사람이 밧줄을 놓으면, 밧줄을 놓은 순간에 움직이던 방향으로 날아가기 시작할 겁니다.
그리고 계속해서 이 방향으로 움직일텐데, 스케이트장에 매우 매우 작은 양의 마찰이 있다고 가정하면
여전히 같은 속력을 가질 겁니다.
그래서 힘, 이 내적인 힘은, 스케이스 선수가 잡고 있던 줄에서의 장력은, 지금 상황에서는
스케이트 선수의 방향만 바꿀 뿐 입니다.
그래서 힘은 물체의 속도에 영향을 줄 필요가 없습니다, 종종 그러곤 하지만 이 상황에서는 아니죠.
오직 스케이트 선수의 '방향'에만 영향을 줍니다.
이와 비슷한 다른 상황을 보죠, 이또한 구심 가속도,내부힘,내부 가속도를 가지고 있습니다.
바로 돌고 있는 인공위성 또는 돌고 있는 이러저러한 물체들이죠.
그러니까 이게 어떤 행성이고, 이건 그 행성의 달이나 위성 중에 하나입니다.
이것이 계속 돌 수 있는 이유는 중력이 계속해서 물체가
방향을 바꾸게 하기 때문이죠, 하지만 속력은... 속력은 정확하게 처음 움직이던 속력과 같습니다.
그래서 이 속력은, 행성이 여기 없었다면 이 물체가 그 방향으로 계속해서
날아가며 유지했을 속력과 같습니다.
하지만 여기 행성이 있고,내부를 향하는 중력이 있습니다.
그리고 우리는 중력에 대해 나중에 더 이야기 하겠지만
어쨋든 이 안을 향하는 중력은 움직이는 동안 물체를 안쪽으로 가속시킬 겁니다.
그래서 얼마 후,이 물체의 속도 벡터 -이전 속도에 얼마나 변했는지를 더하면 됩니다-
그것은 새로운 속도 벡터입니다.
지금 이건 조금 움직인 뒤 입니다.
이 새로운 속도 벡터는 대충 이런 모양이겠죠.
이 물체는 정확하게 같은 속력으로 움직이고 있고, 구심력,중력은
항상 궤도에 직각입니다.
이 물체는 같은 속력을 가지고 "깊은 우주" 속으로 날아가지도 않습니다. 또한 이 물체는 지구에 낙하하지 않습니다.
그리고 우리는 더 자세한 내용은 나중에 설명하겠습니다.
어쨋든 단순하게 정답은
"물체에 가해진 힘은 항상 속력에 영향을 준다" 입니다. 이는 속력이나 방향 둘 다 일 수도 있습니다.
하지만 둘다'이어야만'하는 건 아닙니다. 속력만 일 수도 있고,방향만 일 수 도 있습니다.
그래서 이건 틀린 문장입니다.
이제 세 번째 문장 "우리 삶에서 처음에는 움직이던 물체가 멈추려고 하는 이유는
물체에 힘이 가해지기 때문이다."
이것은 절대적으로 사실입니다, 이건 예시입니다.
이유,그러니까 물건을 잡거나 책을 잡아서,책상에서 그것을 미끄러지게 하려 하면
결국 멈추게 되는 이유는 마찰력이 가해지기 때문입니다.
책의 표면의 울퉁불퉁한 면과 책상의 울퉁불퉁한 면에서요.
제가 수영장에서-물에 흐름이 전혀 없더라도- 어떤 물건을 물속에서 움직이려 하면
그것은 결국 멈추게 되겠죠.
물 자체의 저항 때문에, 움직임에 반대 방향으로 가해진 이 '힘' 때문에요.
이들은 물체를 느려지게 합니다.
그래서 우리의 일상 생활에서 영원히 움직이는 물체를 보지 못하는 이유는
이러한 마찰, 공기 저항 또는 표면과의 마찰이 있기 때문입니다.니다.
그리고 이 마지막 문장. "물체에 가해진 힘은 항상 물체의 방향을 바꾼다."
음... 이건 가장 직관적이죠.
우리는 항상 이런 상황 속에 있잖아요. 만약 제가 여기 벽돌을 가지고 있고
이 방향으로 5m/s의 속도로 움직인다면
그리고 물체에 같은 방향으로 힘을 가해준다면
이게 그 힘입니다. 만약 물체를 같은 방향으로 민다면,
물체를 같은 방향으로 가속시킬 겁니다.. 그래서 반드시 방향을 바꿔야 하는 건 아닙니다.
반대로 힘을 가하더라도, 그 물체를 감속시키겠지만 방향을 바꾸지는 않습니다.
이렇게 하면 방향을 바꿀 수 있습니다.
하지만 반드시 물체의 방향을 바꿀 필요는 없습니다.
그래서 이는 사실이 아닙니다. 물체에 가해진 힘은
항상 물체의 방향을 바꾸지는 않습니다.
물론 이런 경우에는 그럴 수 있지만 항상은 아닙니다.
그래서 항상이란 말이 매우 매우 매우 잘못되게 하는 겁니다.