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2013-08-12 00:54:40
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관성력은 작용반작용 개념이 아닙니다.
작용 반작용은 말 그대로 내가 너에게 힘을 주면 너도 나에게 똑같은 힘을 똑같은 위치에 똑같은 시간만큼 준다는 겁니다.
쉬운 얘로 주먹으로 벽을 치면, 분명 "내"가 "벽"에게 힘을 준건데, 내 주먹이 아프죠. 그 이유는 "벽도" 내가 때린 힘의 반작용력을 "내 주먹"에 주었기 때문입니다.
작용 반작용은 실제로 작용하는 힘입니다.
하지만, 관성력은 가상의 힘입니다.
관성의 법칙은 "힘을 안주면" 하던 등속도 직진운동을 계속하거나 멈춰있는다는 건데요, 이게 어긋나 보이는 경우가 있습니다.
바로 힘을 주는(=가속도가 있는=속도가 증가/감소 하거나 방향이 바뀌는) 계(=system) 안에 있을 때입니다.
예를 들자면, 차안에 내가 타고 있을 때, "나" 는 관찰자가 되고, "차"는 계(=system)이 되는 겁니다.
내가 볼 때 차가 등속으로 운동하면 차 내부에서 무슨 일을 하든 차 밖(멈추어 있는 상태)에서 어떤 일을 할 때와 다르지 않습니다.
내가 멈춰있는 땅바닥에 공을 놓든, 등속운동 하는 차 안에 공을 놓든, 그 공은 그대로 멈춰있죠.
근데, 차가 가속하거나 코너를 돌면 상황이 바뀝니다.
난 분명 가만히 공을 놨는데, 땅바닥에 놓은 공은 멈춰있지만, 차 안의 공은 움직이는 겁니다.
내가 볼 때에는 아무런 힘이 작용하지 않았는데, 공은 움직인다. 그럼 무슨 힘이 작용해야 하는거 아닌가? 라는 생각이 들껍니다.
이 현상을 설명하기 위해 만든 "가상의 힘"이 바로 관성력입니다.
사실은 내가 포함된 계가 운동을 하는건데, 나는 멈춰있다고 생각하려니까 이런 힘이 도입된거죠.
사실 실제 예를 들어도 잘 이해가 안가는건, 관성 운동을 할 때마다 주변을 보지 않아도, 내 몸에 직접 힘이 작용하는게 느껴지기 때문입니다.
이 설명을 제대로 이해하려면 계와 완벽하게 붙어있는 카메라 같은걸로 녹화한 영상을 보면 됩니다.
외부가 보이지 않는 컨테이너 같은거에 딱 붙어있는 카메라를 설치해놓고 그 안에 공을 놓아봅시다.
그 컨테이너가 움직이지 않는다면 공은 그대로 있을 껍니다. 하지만 컨테이너가 움직이기 시작하면 공이 움직이겠죠.
이걸 카메라로 보면, 갑자기 공이 움직이기 시작하는 것처럼 보일껍니다.(사람이 안에서 보고 느낀다면, 컨테이너가 움직인다는 것을 알겠지만, 카메라로 보면 갑자기 공이 움직이는 것만 보일껍니다)
이를 설명하기 위한 힘이 관성력입니다.
사실 공 빼고 우리가 다 움직이니까 그런건데, 그걸 우리는 안움직이고 공이 움직인다고 설명하려고 만든겁니다.
엘레베이터 얘기로 돌아오면,
무게=내가 땅바닥을 누르는 힘 입니다.(mg는 일정)
근데 엘레베이터가 위로 가속하면(등속도로 움직일 때가 아닙니다) 바닥도 나를 위로 누르기 시작하죠.
(엘레베이터가 위로 가속=나도 위로 가속=가속하려면 힘을 받아야함=그 힘을 주는건 엘레베이터=엘레베이터가 나를 위로 올림)
그게 동시에 일어나면 나도 누르고, 땅바닥도 나를 위로 치켜 올리니까, 땅바닥 자체가 받는 힘이 증가하는 겁니다.
이걸 엘레베이터가 정지되었다고 보면, 뭔가 새로운 힘이 작용한다고 봐야 하는 겁니다. 그게 관성력이죠.
다시 말하자면, 결국 보는 관점의 문제입니다.
정지된 외부에서 보면 차 안의 공이 움직이는 이유는 차가 움직이니까 입니다. 하지만 안에서 보면 관성력이라는 힘이 작용하기 때문이죠.
정지된 외부에서 보면 엘레베이터가 위로 올라가니까 바닥이 받는 힘이 늘어나는 겁니다. 하지만 안에서 보면 관성력이라는 힘이 바닥을 누르기 때문이죠.
아마 물리1 교과서를 보면(아마 고1때인가 볼껍니다..?) 관성력 파트에, 차 안에 매달린 진자 그림이 있을 껍니다.
그게 관성력을 외부와 내부에서 보는 관점으로 잘 설명해줍니다.