등속도로 움직이는 기차위에서 수직으로 사과를 던질 때, 사과가 다시 손으로 떨어지는 이유가 뭘까요?
등속 직선운동을 하는 상자 안의 사람은 자신의 움직임을 느낄수 있을까요?
직선 등속운동과 관성계
만약 회전하지 않고 우주 공간속을 직선으로 움직이는 상자안에 있다면 그 운동은 느낄 수 없습니다.
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예를 들어 상자가 움직이건 안 움직이건 그 안에 든 컵위에서 동전을 떨어뜨려 보면 동전은 컵 속으로 똑바로 떨어지게 됩니다. 또, 등속운동하는 기차 위에서 사오정이 던진 사과도 정확히 위로 올라간 후 다시 사오정의 손으로 떨어질 수 있습니다. |
그러나 상자가 정지하거나 출발, 혹은 돌아가거나 갑자기 움직이면 그때는 운동을 느낄 수 있습니다. 상자가 가속도를 갖고 움직인다면 그때는 움직임을 느낄 수 있지만 그것이 가속되지 않을 경우 운동 여부는 알 수 없습니다. 등속도로 직선 운동을 하는 상자 안에서는 하고 싶은 물리학 실험을 모두 해보아도 여전히 움직임은 알 수 없습니다. 심지어 바같을 내다봤을 때 움직이는 배경을 보아도 자신이 움직이는 것인지 배경이 움직이는 것인지 알 수 없습니다. 오직 알 수 있는 것이라곤 상자가 배경에 대해 상대적으로 움직이고 있다는 것입니다. 직선 운동은 상대적입니다.
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이 모든 운동 가운데 어째서 직선 운동만이 특별할까요? |
그러나 회전운동은 그렇지 않습니다. 이 때는 외부와 아무 상관없이 움직이며 회전속도가 빠를 경우오직 뱃속의 상태와 관련이 있을 것입니다.(유원지에서 회전목마를 탔을 때 속이 메스꺼움을 느껴본 적이 있으신지?). 그리고 상자가 매우 느린 속도로 회전할 때에도 진자(pendulum)의 추가 세차운동을 하는 것으로 상자의 회전운동을 알 수 있습니다. 회전운동은 절대운동입니다.
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스케이트보드 타는 사람의 수직성분 속도는 변하지만 수평성분 속도는 변하지 않습니다. 결국 스케이트보드는 늘 그의 수직 아래쪽에 있고 점프 후에 다시 스케이트보드에 안착할 수 있습니다. (Fundamentals of Physics - Holiday, Resnick, Walker) |