[고전역학] 뉴턴의 법칙(Newton's law)과 관성 기준계(Inertial frame)

▶ 뉴턴의 법칙

- 뉴턴의 법칙은 여러분들이 잘 아시다시피, 크게 3가지의 법칙으로 구성되어 있습니다. 

 

1) 알짜힘은 0이다. (관성의 법칙)

이 알짜힘이 0이라는 의미에 대해서 자세히 분석해보도록 합시다. 뉴턴힘 F는 물체의 질량에다 가속도를 곱한 것입니다.

그리고 여러가지 힘들 F1,F2,F3,F4,....... 등등을 다 더했을 때, 나오게 되는 이른바 <진또배기>의 힘을 알짜힘(합력)이라고 합니다.  아무튼 다시 돌아와서! 이 알짜힘이 0이다? 

 

그러면 생각을 해봅시다. 질량이 0일리가 없잖아요? 질량이 없는 물체가 어디있습니까. 질량이 없다는 것은 그냥 無라는뜻이니까요.

이는 다시 말해서 가속도가 0이다! 라고 볼 수 있겠습니다.  그럼 가속도가 0이라는 것은 무슨 의미일까요?

 

- 가속도 : 물체의 운동속도에 변화를 주는 존재. 혹은 방향을 바꾸게 하는 존재. 그렇다면 가속도가 0이라는 것은 

운동속도에 아무런 변화도 주지 않는다. 그리고 방향을 바꾸게하지 않는다. 이 정도라고 정의내릴 수 있겠군요.

관성의 법칙

위 버스 그림은 한국의 이과생이라면 수도 없이 봐왔을 것입니다.  물체는 어느 방향으로 운동하고 있다면 항상 그 방향대로 운동하고 싶어한다. 혹은 정지해있다면 항상 정지해하고 싶다. (둘다 외력이 없는 한)  이것을 통틀어서 '관성' 이라고 부릅니다. 

 

2) 가속도의 법칙 (F=ma)

2번째 법칙은 알짜힘이 0이 아닌 경우입니다. 

이 경우는 이제 외력이 존재한다고 볼 수 있겠죠? 물체의 운동속도가 변하기도 하고, 운동방향이 바뀌기도 하니까요.

 

이 가속도의 법칙은 운동량 공식과도 연관이 있습니다. 아래 제가 한글파일로 작성한 것에서 상관관계를 봐봅시다.

 

3) 작용&반작용의 법칙 (F1=-F2)

3번째 법칙은 두 물체 사이에서 작용하는 힘이라 볼 수 있습니다. 내가 만약 벽을 향해 주먹을 내질렀다고 합시다. 

1N의 크기만큼 힘을 가했으면, 벽 역시 내게 동일한 크기의 힘을 가합니다.  단지 방향만 다릅니다. 

이러한 뉴턴의 법칙들이 적용되는 공간을 '관성 기준계'라고 합니다. 그리고 이 관성 기준계가 절대적인줄만 알았으나 나중에 천체물리학에서  상대성 이론이 등장하면서 우리를 애먹게 합니다ㅎㅎ..