[re] 관성계에서 관성력은 가상힘이 아니라 아예 존재치 않으며, 실제 힘이라는 것과 존재하는 힘이라는 것과는 엄연히 다르죠.
- 글쓴이
- 물리대마왕
- 등록일
- 2004-11-12 13:50
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아니 정확히 표현하면 '존재한다'기보다 '존재하는 걸로 해야'만 관측결과가 뉴톤의 운동법칙과 일치하게 됩니다. 거꾸로 얘기하면 비관성계에서는 뉴톤의 운동법칙이 성립하게끔 하기 위해서 관성력이라는 거짓힘을 어쩔 수 없이 도입해야만 한다는겁니다. 하지만 존재한다고 그게 실제 힘이라고 할 수 있을까요?
그러기 위해서는 힘이란 도대체 무엇인지를 알아야 할 것입니다.
가가멜님.. 힘이란 무엇입니까?
고등학생수준에서야 운동상태나 모양을 변화시키는 원인이라고 답해도 무방하지만
최소한 대학생이상의 수준에서라면 힘이란 두 물체간의 상호작용이라고 얘기 할 수 있어야 할 겁니다.
따라서 어떤 힘이 실제 힘인가 아닌가 아닌가를 알아보려면 그 힘을 주고 받는 상대 물체가 있는지 없는지를 알아보면 됩니다. 다르게 말하면 그 힘의 반작용이 있는지 없는지 알아보면 됩니다.
책상 위에 책이 놓여 있습니다.
그리고 책의 위 아래를 y축, 좌우를 x축으로 봅시다.
한편 가가멜님께서는 이 책에 대하여 상대적으로 x축 오른쪽방향으로 가속도 a인 운동을 하고 계십니다
그럼 가가멜님 입장에서는 책이 어떻게 관측될까요?
오히려 책이 x축 왼쪽방향으로 가속운동한다, 즉 가속도 -a인 운동을 하고 있다고 생각하시게 될겁니다
그리고 나서 가가멜님께서는 책에 작용하는 모든 힘을 생각해보았습니다.
먼저 y축 방향의 힘들을 생각해보았습니다. 그랬더니 중력과 책상면에 의한 수직항력뿐이고, y축방향으로는 운동하지 않음으로 이 힘들은 평형관계에 있다는 것을 알게 될 것입니다.
반면 x축으로 작용하는 힘은 찾을 수가 없습니다.
따라서 알짜힘이 0이므로 x축방향으로는 등속운동을 해야 함에도 가가멜님의 눈에는 책이 가속운동을 하는 걸로 보이는 현상이 일어난 것입니다. 즉 뉴톤의 운동법칙이 성립하지 않게된거죠.
따라서 비관성계에 있는 가가멜님께서 관측하신 책의 운동상태가 뉴톤의 운동법칙을 만족하게끔 하기 위해선 책이 왼쪽방향으로 막연히 '어떤 힘'을 받았다고 생각하실 수 밖에 없습니다.
하지만 그 힘의 주체는 도저히 찾을 수가 없죠. 다시 말하면 이 힘을 주고 받는 상대 물체를 찾을 수가 없습니다. 따라서 반작용도 찾을 수 없을 겁니다. 즉 실제힘은 아니라는 것을 알 수가 있는 겁니다.
비록 실제 힘은 아니지만 그 힘이 존재한다고 생각해야만 가가멜님이 보시는 책의 운동상태가 뉴톤의 운동법칙을 만족하게 되기 때문에 그 힘을 존재를 도입하는 것입니다.
반면 이 책에 대하여 상대적으로 등속운동하는 관측자에게는 책상위에 놓여져 있는 책이 등속운동하는 것으로 관측될테니 뉴톤의 운동법칙이 아무 이상없이 성립하게 될겁니다.
따라서 요지는 이겁니다.
첫째. 비관성계에서는 관측결과가 뉴톤의 운동법칙을 만족하게끔하기 위해서 어쩔 수 없이 가상의 거짓힘을 존재한다고 생각해야 한다. 그 힘을 관성력이라고 한다.
둘째, 하지만 존재한다고 해서 실제 힘인 것은 아니다. 엄연히 가상의 힘인 거짓힘이다. 그리고 거짓힘이기 때문에 관성력을 통하여 상호작용하는 두 물체가 존재하지 않고 그래서 관성력에는 반작용도 존재하지 않는다
셋째, 반면 관성계에서 물체의 운동상태를 기술 할 때는 관성력을 생각할 필요가 없으며 따라서 아예 존재치 않는다.
다른 사람들 의견
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가가멜
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네, 관성력은 비관성계에서 힘의 평형을 완성하기 위해 도입한 가상적인 개념이라고 볼 수 있죠. 제가 말씀드리는건 비관성계의 관찰자에게는 그 거짓힘이 실제로 인식되어진다는 것입니다.
말씀하신 거짓힘이라는 것이 모든계에서 성립할까요? 그 거짓힘이 무엇을 기준으로 한 것인지 명확해야 할 것 같습니다. 예를 드신 문제에서, 관성계에서는 책이 가속운동을 하지 않으므로 힘이 0입니다. 비관성계에서는 책이 -a의 가속운동을 하므로 책은 -ma의 힘을 받게 되죠. 두 물체간의 상호 작용이 없으므로 힘이 아니라구요? 내 발바닥과 지면의 마찰력이 날 가속운동시킨 힘이겠죠. 그 힘의 근원이 어찌됐던, 비관성계 관점에서 책은 분명히 가속운동을 하였고, 따라서 힘도 존재합니다. 과연 그 힘이 거짓힘일까요? 그 힘의 근원이 무엇인지는 중요하지 않습니다. -
물리대마왕
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흠..
왜 힘이 거짓힘인지 실제힘인지 중요하지 않다고 생각하시죠?
일반상대성이론을 공부해보셨는지요?
일반상대성이론에서는 중력도 관성력이라고 얘기합니다.
그리고 관성력은 거짓힘이기 때문에 중력조차도 존재하지 않는 힘으로 얘기되어 집니다.
거짓힘인지 실제힘인지는 확실히 구분해야 합니다.
중요하지 않다고 생각하시면 정말 오산이십니다.
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가가멜
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과연 오산일까요? 일반상대성이론의 등가원리에 따르면 어떤 사람이 느끼는 힘은 현재의 계가 가속되어서 발생되는 것인지 아니면 다른 외부요인으로 인하여 발생되는 것인지를 구별할 수 없습니다. 밀폐된 우주선에서 공을 자유낙하시킬때, 실험자는 지구상에서 우주선이 정지한 상태에서 공을 떨어뜨렸을때와, 무중량상태의 우주에서 우주선이 g만큼 가속운동을 하는 도중 공을 떨어뜨렸을때를 구분할 수 없습니다. 이 경우 두 물체의 운동은 동일하게 관찰되죠? 물리대마왕님의 논리에 따르면 관성력은 거짓힘이기 때문에 우주에서 공은 떨어졌지만 힘은 존재하지않고, 중력 또한 일반상대론에 따라 관성력에 포함되므로 지구상에서 떨어진 공에도 힘은 존재하지 않습니다. 힘이 존재하지않는데 공은 가속운동을 했습니다. 모순아닌가요?
아인슈타인의 일반상대론은 관성력을 거짓의 힘으로 치부하는 것이아니라, 관찰자가 비관성계에 위치할 경우, 관찰자가 위치한 계의 운동특성에 따라 시공간은 변한다는 이론 아닙니까? 관찰자의 상황에 따라 언제든지 시간과 공간이 변형될 수 있으며, 어떤 힘이 실제존재하는지 아닌지는 어떤 계를 기준으로 하느냐에 따라 틀려집니다. -
가가멜
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실제힘과 거짓힘을 구분할 수 있으려면 어떤 절대적 관찰점(universal preferred frame of reference) 또는 절대공간이 존재해야 하는데 이는 전형적인 뉴튼역학의 관점입니다. Mach의 이론에 따르면 관성은 우주의 모든 물질이 상호작용한 결과로 발생하며, 물질에 관계없는 절대공간은 존재하지 않습니다. 실제로 우리가 살고 있는 지구도 관성계가 아니므로 실제힘, 거짓힘의 구분은 무의미합니다. 눈에 보이고 몸으로 느낄수 있는 모든것이 존재하는 것입니다.
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가가멜
()
관심 있으신 분들은 한번 읽어보세요.
<a href=http://www.thekeyboard.org.uk/What%20is%20centrifugal%20force.htm target=_blank>http://www.thekeyboard.org.uk/What%20is%20centrifugal%20force.htm</a> -
노가리
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물리 공부하다가 관성계와 비관성계에 대해서 무언가 해결되지 않는 부분이 있었는데 대마왕님 글보고 확실히 알게 되었습니다. 감사합니다.
