Newton's First Law of Motion

이 영상에서 저는 뉴턴의 제1운동 법칙에 대해 조금 설명 하려 합니다

이것은 라틴어로 된 뉴턴의 이론을 영어로 번역한 것입니다

자, 첫번째 이론: 모든 물체는 멈춰있는 상태를 유지하려 한다

멈춰있는 상태를 유지하려 하거나 운동하는 상태를 유지하려 하는데,

단, 힘이 작용하여 강제로 상태가 바뀌는 것을 제외한다

다른 말로 하자면, 힘이 작용하여 강제로 상태가 변한다거
나 운동을 한다거나,

특히 불균형적인 힘이 작용하는 경우는 조금 뒤에 설명할
것인데,

이런 경우를 제외할때

모든것은 정지상태를 유지하거나, 같은 속력의 운동을 계속한다는 것입니다

자, 만약 제가 완전히 멈춰 있는 물체가 있다고 하면,

뭘 갖고 있냐면, 우리가 본 물체인데...
제가 돌을 갖고 있다고 합시다

어딘가에 돌을 갖고 있고, 잔디밭 위에 있습니다

만약 아무 일도 벌어지지 않는다면, 이 돌을 계속 관찰
하고 있어도 돌은 움직이지 않을겁니다

만약 돌에 힘이 작용하지 않는다면 돌이
계속 멈춘 상태로 있는 것이죠

그러므로 첫번째 부분은 꽤 당연합니다:
모든 물체는 멈춘 상태를 유지한다

두번째 부분은 건너뛰고, 단 힘이 작용하였을때는 제외하였을때.

돌은 당연히 힘이 작용하지 않는 한 계속
정지해 있을 것입니다

누군가가 밀거나 굴리거나 무언가를 하지 않으면
그 상태를 유지할 것입니다

제1법칙에 덜 직관적인 부분은 두번째 부분입니다

모든 물체는 멈춘 상태를 유지하거나 등속직선운동을 한다

단, 힘이 작용하여 강제로 상태가 바뀌는 것은 제외한다

이것이 뉴턴의 제1운동법칙이고, 여기서 제가 잠시 다른
얘기를 해야 겠는데,

왜냐면 여기 이사람이 바로 뉴턴이기 때문입니다

그런데 이 것은 뉴턴의 제1운동법칙인데 왜
이 사람의 커다란 사진이 있을까요?

그 이유는 뉴턴의 제1법칙은 이사람의 관성의 법칙을
다시 말한것이나 마찬가지이기 때문입니다

이 사람은 - 또다른 사회의 거인 - 바로
갈릴레오 갈릴레이입니다

그리고 이 사람은 관성의 법칙을 공식화한
최초의 사람입니다

뉴턴은 그저 말만 조금 바꾸고 자신의 다른 법칙들과
함께 묶어둔 것이죠

하지만 그는 그밖에도 많은 것들을 하였습니다

그러니까 우리는 뉴턴의 제1법칙에 대해 갈릴레오에게
공을 주어야 합니다

그래서 제가 그를 이렇게 크게 한 것이고요

제가 잠시 딴생각을 하고 있었군요

이제 우리는 힘이 작용하지 않는 한 멈춰있는 물체는
계속 멈춰 있을것이라는 것을 이해할 수 있습니다

어떤 설명에서는 "불균형한 힘이 작용하지 않는 한"
이라는 것을 볼 수 있는데

'불균형한'이라고 말하는 이유는 물체에 두 가지 힘이 작용할때

두 힘이 균형을 잡을 수도 있다는 것입니다

예를들어, 제가 돌의 이쪽을 적당한 양의 힘으로 밀고

돌의 반대평을 똑같은 양의 힘으로 밀면, 돌은 움직이지
않을 것입니다

돌이 움직이려면 한 쪽의 힘의 양이 다른쪽보다 훨씬
많아야 겠죠

그러니까 우리가 불균형적인 힘이 있다면

만약 우리가 많은 - 어쩌면 이 돌은 나쁜 비유인 것
같습니다

움직이기 쉬운 얼음으로 생각해보죠

아니면 얼음 위에 있는 얼음으로

여기 얼음이 있고 얼음 위에 다른 얼음이 있습니다

우리는 이제 힘이 작용하지 않으면 얼음이 움직이지 않을것
을 알고 있습니다

그런데 만약 제가 얼음의 이쪽 부분을
적당한 양의 힘으로 밀고

여러분이 반대편을 똑같은 양의 힘으로 밀고 있으면
어떻게 될까요?

얼음은 움직이지 않을 것입니다

그러니까 이 것은 균형잡힌 힘인 것이죠

균형잡힌 힘

그러므로 얼음이 운동상태를 바꾸려면, 멈춘 상태를 바꾸
려면 힘이 불균형적이여야 하는 것이다

우리가 이쪽에 반대편 힘을 충분히 넘어설 수 있을만큼
의 힘을 더해주면

얼음이 저쪽으로 움직이는 것을, 저쪽으로 속도를 내는
것을 볼 수 있을 것입니다

하지만 이 부분은 당연합니다: 불균형적인 힘이 작용하지 않는 한

멈춰있는 물체는 계속 멈춰있습니다

이 것에서 덜 당연한 것은 바로 똑바른 직선 운동을 하는
물체인데

다르게 말하면 같은 속력으로 움직이는 물체입니다

같은...속력

이 사람이 말하는 것은 같은 속력으로 움직이는 물체는
불균형적인 힘이 작용하지 않는한

같은 속력을 끝없이 유지한다는 것입니다

이것은 덜 직관적인데, 인간의 경험에 있는 모든 것들은,

만약 제가 이 얼음을 민다면 언젠가는 멈추게 되어있습니다

이 얼음판이 끝없이 길다해도 계속 움직이지는 않겠죠

저 얼음은 언젠가는 멈춥니다. 제가 테니스 공을 던져도
언젠가는 멈춥니다

마찰에 의해 멈추겠죠. 제가 볼링공을 굴려도,
제가 - 모든것이요!

우리는 본적이 없죠, 우리 인간의 경험에서는, 모든것이
멈출 것 같아 보입니다

그러므로 이것은 매우 직관적인 말입니다:
운동하는 물체는 끝없이 운동한다

인간의 직관에 있는 모든 것은 만약 우리가 물체를 계속
움직이게 하고싶다면

계속 그 물체에 힘을 작용해야 한다고, 더 많은 힘을
작용해야 한다고 합니다

당신의 차는 엔진이 기름을 태워 에너지를 만들지 않으면
계속 움직이지 않을 것 입니다

그럼 이 사람들은 무슨 말을 하는 걸까요?

자, 이 모든 예에서는 - 그리고 저는 이 사람들이 정말
대단한 통찰력을 가졌다고 생각합니다-

바로 이 모든 물체들은 끝없이 움직였을 것이라는 것입니다

공도 끝없이 움직였을 것이고, 이 얼음도 끝없이 움직였을 것이지만

불균형적인 힘들이 이들을 멈추기 위해 작용하고
있었던 것이죠

얼음의 경우에는, 얼음과 얼음 사이에 마찰을
거의 작용하지 않지만

이 두 얼음 사이에 어느정도의 마찰은 존재합니다

그러니까 이 경우에는 마찰력이

얼음의 운동방향과 반대쪽으로 작용하는 거죠

마찰력은 분자들의 마찰에서 생깁니다

자, 여기 이 얼음의 격자 구조에 있는 물 분자가 있고

여기에는 얼음판의 격자구조에 있는 분자가 있습니다

이들은 서로 부딪히고 갈립니다

둘 다 매끄러워 보이지만, 완벽하지 않은 부분들이
있는 것이죠

그들은 부딪히고 갈리면서 작은 양의 열을 만듭니다

그리고 그 열은 운동을 방해하죠

그러므로 여기에는 마찰력이 작용하고 있고
그래서 멈추는 것입니다

그리고 마찰력만 있는 것이 아니라 공기 저항도
있을 수 있습니다

이 얼음은 여러 종류의 공기 분자와 부딪히게 될겁니다

처음엔 보이지 않을 수 있지만 이것은 얼음을
계속해서 움직이지는 못하게 할 것입니다

공중으로 던진 공도 같은 원리입니다

언젠가는 당연히 중력 때문에 바닥으로 떨어질것 이므로
중력은 이에 작용하는 힘들 중 하나입니다

하지만 바닥에 떨어져서도 마찰력 때문에 계속
굴러가지 못합니다

여기 잔디가 있다면 잔디는 공을 멈추게 할 것입니다

그리고 공중에 떠있을 때도 같은 속력을 갖지 않고
느려지게 되는데

공기 분자들이 부딪혀

느리게 만드는 것입니다

이 사람들이 정말 대단한 것은 이들이 중력이 없고

물체를 느려지게 할 공기도 없는 곳을 상상하고

현실에서는 그 물체의 운동에 무언가가 계속 관여할 것을
상상할 수 있었다는 것입니다

갈릴레오가 이것에 대해 생각하는 것을 잘했던 이유는

그가 행성들의 공전을 연구했기 때문입니다

그리고 그는 아마,' 어쩌면 우주에는 공기가 없어서 저 행성
들이 계속해서

공전할 수 있는 것일 거야. 아, 그들의
속력이라고 해야 겠구나

그들의 방향은 늘 바뀌고 있으니까 그들의 속력은 우주에
행성들을 멈출 수 있는 것이 없어서 절대

느려지지 않는거야' 라는 이론을 세웠을 것입니다

자, 어쨋든, 여러분이 저처럼 이것이 흥미로웠기를 바랍니다

왜냐면 이 것은 어떤 방면에서는 정말, 정말 당연한데
어떤 방면에서는 정말 당연하지 않기 때문입니다

특히 '등속직선운동'처럼 말이죠

그리고 요점을 확실하게 하기위해서, 만약 중력이 없어지고 공기가 없는데

공을 던진다면 그 공은 계속해서 그 방향으로 끝없이 움직일 것입니다

단, 불균형적인 힘이 작용하지 않는다면요

다른 방법으로 생각하면, 이 예는 우리가 일상생활에서
볼 수도 있는데,

만약 제가 완벽히 같은 속력으로 움직이고 있는
비행기에 있고

흔들림이 전혀 없다면

자, 제가 이 비행기에 타고 있고 같은 속력으로 가고 있다면

완전히 매끄럽고 흔들림이 없다면

창문을 내다보지 않고는 비행기가 움직이는지
알 수 없습니다

비행기에 창문이 없다고 생각하고, 같은 속력으로 가고있고

흔들림도 없고, 아무것도 들을 수 없다고 합시다

그러니까 엔진 소리도 나지 않는 것이죠

비행기가 움직이고 있는지 알 수 있는 방법이 없습니다

왜냐면 제가 참고할 수 있는 한에서는 제가 바닥에 있는
똑같은 비행기에

탄 것과 완벽하게 같아 보이기 때문입니다

그리고 이것은 다른 방법으로 생각해본 것이었습니다
같은 속력으로 움직이는 것과 멈춰있는 것이

거의 같다고 말하는 것은 사실 무척 직관적인 것입니다

우리는 뭐가 뭐인지 사실 잘 구분할 수 없습니다