Copyright Prof. Byeong June MIN

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1 Copyright Prof. Byeong June MIN
Isaac Newton (1643 – 1727) “All those ancients knew the first law [of motion] who attributed to atoms in an infinite vacuum a motion which was rectilinear, extremely swift and perpetual because of the lack of resistance... Aristotle was of the same mind, since he expresses his opinion thus...[in Physics a19-22], speaking of motion in the void [in which bodies have no gravity and] where there is no impediment he writes: 'Why a body once moved should come to rest anywhere no one can say. For why should it rest here rather than there ? Hence either it will not be moved, or it must be moved indefinitely, unless something stronger impedes it.” – Isaac Newton, Hall. eds. Unpublished Scientific Papers of Isaac Newton. Cambridge University Press. pp. 310–11. “고대 철학자들도 첫번째 법칙을 알고 있었다. 그들은 절대적인 진공 속에서는 저항이 없으므로 원자들이 직선으로 매끈하게 영원히 운동한다고 생각했다. 아리스토텔레스도 같은 생각이었다. 그는 “자연학”에서 진공 속의 운동에 대해 언급하였다. 아무런 저항도 [없고, 중력도]없는 진공 속에서 ‘일단 움직인 물체가 어디에서건 정지할 이유가 없다. 어째서 이곳이 아닌 저곳에 정지하겠는가. 따라서 물체는 정지하든가, 무한정 운동하든가 할 것이다. 어떤 강력한 무엇인가가 그 운동을 저지하기 않는다면 말이다.’고 하였다.” – 아이작 뉴튼, 미발표 과학 논문집, 케임브리지 대학 출판부 Copyright Prof. Byeong June MIN

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Newton’s 1st Law 관성의 법칙 Lex I: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare. Every body persists in its state of being at rest or of moving uniformly straight forward, except insofar as it is compelled to change its state by force impressed. 모든 물체는 힘을 받게 되어 운동 상태가 바뀌게 될 경우를 제외하고는 정지 상태 또는 똑바로 균일한 속도로 움직이는 상태를 유지한다. Copyright Prof. Byeong June MIN

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Newton’s 1st Law 관성의 법칙 물체에 작용하는 알짜 힘(net force)이 0 일 때 물체는 같은 속도로 계속 운동한다 동계 올림픽의 curling 경기 장면 얼음판은 평평하고 마찰이 거의 없으므로 알짜 힘이 거의 0 인 상태이다. 따라서 물체는 거의 같은 속도로 계속 운동한다. 어떤 조건 하에서도 항상 성립하는가? 아니라면, 어떤 경우에 성립하지 않는가? 물체에 작용하는 알짜 힘(net force)이 0 일 때 정지하고 있던 물체는 계속 정지상태로 있으려 한다(속도=0인 상태) Copyright Prof. Byeong June MIN

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Newton’s 1st Law 관성의 법칙 위의 그림에서, 우리는 공을 땅에 고정된 좌표계에서 보고 있다. 공의 속도는 일정하며, 뉴튼의 제1법칙이 성립한다. inertial reference frame 관성좌표계 아래 그림에서, 우리는 공이 원반 위를 지나간 궤적이 구부러져 있음을 알 수 있다. 이것은 우리가[ ]에 고정된 좌표계에서 운동을 관측하였을 때 일어나는 현상이다. 원반 가만히 정지한 상태의 공이라도 불규칙하게 운동하는 관측자에게는 불규칙하게 운동하고 있는 것으로 보이게 될 것이다. non-inertial reference frame 비관성좌표계 Copyright Prof. Byeong June MIN

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관성좌표계 이 좌표계에서 물체는 정지상태이다 F=0 관성좌표계 ? 비관성좌표계 ? v 이 좌표계에서 물체는 일정한 속도로 왼쪽으로 운동하는 상태이다 F=0 관성좌표계 ? 비관성좌표계 ? Copyright Prof. Byeong June MIN

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정지한 기차에 고정된 좌표계 공이 받는 힘 F = 0 v = const. 지면에 고정된 좌표계에서도 같은 현상이 관찰된다. Copyright Prof. Byeong June MIN

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일정한 속도 Vt 로 달리는 기차에 고정된 좌표계 지면에 고정된 좌표계 이 두 좌표계에서 F = 0 이며 v=const. 이 두 좌표계는 모두 관성좌표계이다. Copyright Prof. Byeong June MIN

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비관성좌표계 이 좌표계에서 물체는 불규칙하게 운동하는 상태이다 F=0 관성좌표계 ? 비관성좌표계? 비관성좌표계 관성좌표계에서 이와 같이 불규칙한 운동을 하였다면, 그 원인은 물체에 작용한 불규칙한 힘이 될 것이다. 그러나 비관성좌표계에서는 물체에 작용한 힘이 0 이라도, 물체는 복잡한 운동을 하는 것으로 관측될 수 있다. Copyright Prof. Byeong June MIN

9 Copyright Prof. Byeong June MIN
F=0 이지만 v ≠ const. 가속하는 기차에 고정된 좌표계 이 좌표계는 비관성 좌표계이다. a 지면에 고정된 좌표계 이 좌표계에서 F = 0 이며 v=const. 이 좌표계는 관성좌표계이다. Copyright Prof. Byeong June MIN

10 Copyright Prof. Byeong June MIN
질문 : 아래 비디오에서는 차려놓은 테이블을 흩트리지 않고 천을 잡아 뺄 수 있는 요령을 설명하고 있다. 이것을 뉴튼의 제1법칙으로 설명하여라. 1. 천은 매끄러울수록 좋다. 마찰력이 0 에 가까워야 유리 그릇에 작용하는 힘이 0 에 가깝게 된다. 2. 천을 잡아 당기면 천에는 힘이 작용하고, 따라서 천은 원래 정지하고 있던 상태로부터 운동하는 상태로 바뀌게 된다. 즉, 운동 속도가 빨라진다. 3. 그러나 이 동안 유리 그릇에 작용하는 힘은 거의 0 에 가깝다. 따라서 유리 그릇의 운동 속도는 거의 변화하지 않는다. 원래 유리 그릇은 정지한 상태에 있었으므로, 유리 그릇은 계속 정지한 상태로 있으려 한다. Copyright Prof. Byeong June MIN