관성 (inertia)
• 물체에 작용하는 힘의 총합이 0일 때, 운동의 상태를 유지하려는 경향 (=운동 상태를 바꾸지 않으려는 경향)
• the resistance of any physical object to any change in its state of motion
관성의 법칙 = 운동의 1법칙 = 뉴턴의 1법칙
• 외부의 힘이 작용하지 않으면 정지해 있는 물체는 정지하려고 하고, 운동하고 있는 물체는 계속 같은 속도로 운동하려고 한다.
하지만, 책상 위에 있는 책은 계속 정지하려고 한다. 내가 힘을 가할 때 비로소 움직이고, 힘을 가하지 않으면 바로 정지한다. 그러니 외부의 힘이 작용하지 않으면 ‘운동하고 있는 물체는 결국 정지하려고 한다.’가 맞는 말이 아닌가?
이렇게 관성을 정지하려는 경향으로 잘못 생각하는 사람도 많다. 위의 비디오를 보면 구슬이 굴러가는 실험도 구슬이 결국 정지하는 것을 보면서 그게 관성의 법칙이라고 착각할 수도 있겠다.
구슬이 굴러가는 실험 = 갈릴레이 관성 실험
갈릴레이 실험은 그림처럼 A,B,C 가 점점 더 멀리가는 걸을 볼 때, D 는 무한히 가야한다는 생각이다.
우리가 힘을 주지 않아도 움직이는 물체 즉, 운동하고 있는 물체는 계속 움직인다고 생각하는 게 맞다는 주장이다.
그 주장이 맞다면 운동하고 있는 물체가 정지하는 이유가 무엇인가라고 반문할 수 있다. 그건, 우리가 힘을 주지 않아도 자연의 법칙속에서 우리가 모르고 있는 힘이 작용하여 운동상태를 변화시키고 있다는 설명한다. ( 이미 물리를 제대로 배운 사람이라면 마찰력이란 힘이 작용하기 때문이라고 알고 있을 것이다.)
물체는 관성이란 성질이 있기 때문에 운동의 상태를 유지하려고 하며,
정지하고 있는 물체가 정지해 있고, 운동하고 있는 물체는 계속 같은 속도로 운동하려고 한다는 운동의 법칙(관성의 법칙)이 있다는 것이다.
관성의 법칙을 이해하는데 혼란을 주는 것은 실제 세계에서는 ‘외부의 힘이 작용하지 않으면’이란 조건이 대부분 맞지 않기 때문이다. 관성의 법칙의 예로 설명하는 것들도 대부분 외부의 힘 때문에 나타나는 변화들이 많이 포함되어 있는데, 그런 설명이 빠져 있는 것이 많다.
‘외부의 힘이 작용하지 않으면’에 가장 잘 맞는 것은 아마도 지금도 계속해서 우주를 향해서 날아가고 있을 보이저 1호, 보이저 2호 탐사선이 아닐까 싶다. (이 탐사선들도 태양의 아주 약한 힘을 받고는 있다.)
(다른 예들은 중력, 마찰력, 장력의 영향들이 복합적으로 섞여 있어서 설명을 잘 하지 않으면 여전히 관성의 법칙을 오해하기 쉽다. 관성의 법칙의 오해는 별도로 다루어 볼 생각이다.)
나중을 위해 한 가지 더 강조할 것은 ‘같은 속도로‘ 이다. 속도가 같으려면 속력도 같고 방향도 같아야 한다. 따라서, 직선으로 움직여야한다. 원운동하던 물체가 외부의 힘이 작용하지 않는다면 관성의 법칙으로 원운동을 유지한다고 생각해도 틀린 생각이다.
관성이 크다면 정지하고 있는 것은 (관성이 작은 것에 비해) 더 안 움직이려고 할 것이고, 일정한 속도로 움직이고 있는 것이라면 속도가 (관성이 작은 것에 비해) 더 안 변하려고 할 것이라는 것이다. 그런 관성의 크기에 관한 이야기가 뉴턴의 2법칙이다.
검색창에서 "수험생물리"를 검색하시면 다시 찾아올 수 있습니다.
다른 글을 더 읽어 보시겠습니까? 개념지도를 클릭해보세요.
구글 맞춤검색을 이용할 수 있습니다.