악동의 물리로그

누리호 발사에 즈음해서, 대체 얼마나 빠르면 지구 중력에서 벗어날 수 있고, 누리호는 얼마나 빨리 지구 주위를 돌게 되는지 얘기를 한번 해보자. [067-001] 먼저 교재에 있는 중력 탈출 속력부터.. 가만히 서 있다가 깡총 뛰어보면, 아주아주 잠깐 중력에서 벗어난 듯 공중으로 올라갔다가, 또 아주 금방 다시 우리는 바닥으로 떨어지는데, 대체 얼마나 빨리 뛸 수 있으면 중력에서 벗어 날 수 있을까? 약간 어렵게, 아래 그림과 같이 완전한 구형을 가정한 지구 표면에서 지구 중력의 영향을 받지 않는 높이까지 물체를 날리려면 얼마나 빨리 출발해야 할까? 중력과 운동에너지의 개념을 가지고 얼마나 빨리 출발해야 하는지 초기 속력을 구해보자. 미리 말해 둘 것은, 이 내용은 공기저항, 로켓의 구성, 특히 가장 중..

교재 5장에서는 힘을 접촉력과 장력 (contact forces and field forces) 로 구분하고 있는데, 그림으로 둘의 차이를 보자면. a, b, c 는 접촉력 (contact force) 이고 d, e, f 는 장력 (field force) 이다. 힘을 가하는 쪽과 받는 쪽이 닿아있으면 접촉력, 닿지 않고도 힘이 전달되면 장력 이다. 그리고, 우리는 만유인력에 이어서 두번째 장력으로 전자기력을, 그 중에서도 전기력을 다루고 있다. 중력에 대한 이야기에서 장(field) 의 개념을 도입하고, 이 장을 매개로 이루어지는 힘의 작용을 다음의 순서로 모델링 했는데, 1. 원천입자 (source particle) 가 그 주변 공간에 장을 형성하고, 2. 하전입자 또는 질량 덩어리 같은 입자는 장 과..

뉴턴의 만유인력 이론은 지구에서 일어나는 현상을 설명하는 것과 정확히 같은 방법으로 별들의 움직임을 설명하는게 가능하다는 사실이 실험적 증거들을 바탕으로 검증 되었지만, 실제로 아무런 접촉 없이 공간적으로 멀리 떨어져 있는 상황에서 작용하는 힘 이라는 개념을 당시의 사람들이 이해하고 받아들이기는 상당히 어려웠다고 한다. 사실, 인공위성을 쏘고, 아인슈타인의 상대론을 응용하는 GPS 가 달린 휴대폰을 우리 모두가 들고 다니는 지금도 좀 이해하기 어렵지 않나. 그래서, 도대체 태양과 지구 처럼 엄청나게 멀리 떨어진 물체 사이에 어떻게 아무런 접촉 없이 상호작용이 발생하느냐는 물음에 뉴턴 자신 조차도 대답을 하지 못했다고 한다. 당연하지. 접촉하지 않고 발생하는 상호작용을 기술하는 새로운 접근 방식은 뉴턴 사..

지구에서 측정하는 무게 (weight) 는 중력의 크기이다. 체중계에 올라갔을 때 보는 그 숫자 그게 중력의 크기라는 얘기인데, 이게 또 쓸데없이 복잡 할 수 있는데, 저 무게는 어디까지나 지구 표면 근처 (near the Earth’s surface) 로 한정해서 사용하는 단어다. 앞에서 자세한 얘길 하진 않았지만, 교재 5장 운동의 법칙을 보면 중력과 무게에 대한 얘기를 한페이지 정도로 다루고 있는데, (궁금한 사람은 섹션 5.5) 여기서 물체의 무게를 중력의 크기로 정의하고, 그걸 식으로 다음과 같이 적어뒀다. 그리고 무게는 중력가속도 g 와 관련이 있어서, 지구 중심으로부터 멀어지면 다른값을 갖는다는 얘기도 함께 쓰여 있다. 그런데 우리는 지금 만유인력에 대한, 질량을 갖는 물체 사이에 작용하는 ..