현실 세계에서 물체는 공기 중에서 움직이거나 물 속에서 움직이는 일들이 흔하다. 이러한 경우에 우리가 공기나 물과의 저항까지 고려하여 운동방정식을 푼다면, 보다 현실에 가까운 결과를 얻을 수 있을 것이다. 물론 그만큼 조금 더 수학적 풀이가 어려워질 것이다. 일단 여기서는 운동하는 물체가 속력에 비례하는 저항을 받는 경우에, 운동방정식을 정확히 풀어서 물리적으로...
호모 사피엔스가 다른 동물들처럼 자연에서 먹이를 얻던 시기에, 자연은 인간이 종속되어 살아남기 위해 따라야 할 세계였다. 이후에 채집이 아니라 농작물을 재배하고 수렵이 아니라 목축을 할 수 있게 되면서, 인간은 자연과의 관계에서 비로소 다른 동물과 달라지게 되었다. 자연과 수동적으로만 관계하던 태도에서 자연을 활용하려는 능동적인 태도를 갖게 된 인간은 자연을 보다...
파동이 진행하다가 장애물을 만나서 진행방향, 형태가 바뀌는 것을 회절(diffraction)이라고 한다. 직진하던 입자가 장애물을 만난다고 돌아가지는 않기 때문에, 회절은 간섭과 더불어 파동성을 나타내는 대표적인 특성이다. 회절은 파장의 길이가 길수록 더 잘 일어난다. 작은 터널을 지날 때 자동차에서 수신하는 DMB 신호가 끊기더라도, 라디오 소리가 계속 나올 수 있는 것은 파장에 따른...
호모 사피엔스가 출현한 이래로 계속 분리되어 있던 천상의 세계와 지상의 세계가 뉴턴에 의해 통합되면서 완성된 과학혁명은, 코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus 1473~ 1543)에서 시작되었다. 지구가 우주의 중심에서 밀려나는 것은 인간의 지위, 신과 인간의 관계가 달라지는 종교적 사건이기도 하다. 코페르니쿠스는 더 단순한 설명으로 천체(행성)의 운동을 설명할 수 있었지만, 지상과 달리 천상의 세계는 완전한...
도플러 효과
우리는 파동에 대해 여러 가지를 보고 배웠지만, 파동을 일으킨 파원이 정지한 것만 이야기했다. 현실은 보다 복잡하다. 지상의 물체들은 소리를 내며 제각기 움직이고, 하늘의 천체들은 빛을 내며 제각기 움직이고 있다. 공기를 호흡하며 사는 육상동물인 우리는 소리와 빛, 두 종류의 파동에 익숙하게 노출되어 있다. 여기서 빛을 단순히 파동이라고 할 수는...
파동 역학
매질의 복원력을 뉴턴의 운동방정식에 넣고, 극한을 취하면 일반적인 파동방정식을 얻을 수 있다. 편의상 매질의 1차원적 운동에 대해 이야기하기로 한다. 2차원, 3차원 운동으로 확장하는 것은 수학적으로 조금 더 일을 하는 것이고 물리적으로 큰 변화가 있지는 않다.
k는 파수(wave number)라고 부르며, 단위길이당 파동의 개수인 1/λ에 2π를 곱한 물리량이다.
주기(period)를 T라는 기호로 표현하자....
현대물리학의 역학은 흔히 양자역학과 상대성이론(특수 상대성이론 및 일반 상대성이론)으로 알고 있지만, 실상은 20세기 초에 정립된 두 역학은 각자 실험적으로 검증되었으므로 서로 조화되어야 한다. 즉, 상대론적이지 않은 양자역학은 틀렸다고 할 수 있을 정도로 상대성이론은 현재까지의 기술적, 이론적 한계 내에서 충분히 검증을 통과했다고 볼 수 있다. 마찬가지로 양자역학적 속성과 부합하지 못하는...
세 가지 법칙으로 자연의 운동과 변화를 설명하고자 하는 뉴턴 역학은 시간에 대해서 대칭적이다. 관성의 법칙으로 불리는 제1법칙과 작용 반작용의 법칙으로 불리는 제3법칙은 시간에 대한 의존이 없으므로 자체적으로 시간에 대해 대칭적이라고 볼 수 있다. 법칙이 시간에 대해 대칭이라는 것은, 현재를 기준으로 미래를 향하는 것과 과거로 향하는 것이 같은 자격을 지닌다는...
빛은 우리에게 너무나 친숙하고 소중하지만, 현대과학을 비쳐주었다는 과학의 관점에서도 그렇다. 맥스웰이 전자기 현상을 통합하는 방정식에서 빛을 끄집어 낸 후, 빛은 더욱 더 물리학자들에게 뜨거운 관심을 받았다. 빛은 자신을 바라보는 관찰자의 운동과 무관하게 빠르기가 일정하다는 당황스러운 주장을 하면서, 다른 한편으로는 가열된 물체에서 나오는 자신의 스펙트럼을 왜 인간이 설명하지 못하고 있는지...
정의 I. “물질의 양은, 물질을 밀도와 부피의 곱으로 측정하는 값이다.”
프린키피아를 보면, 물질의 양을 나타내는 질량을 ‘밀도에 부피를 곱한 양’으로 정의했다. 그러나 밀도는 질량을 부피로 나눈 값으로 정의되었기 때문에, 뉴턴은 질량에 대하여 자기순환적으로 정의하였을 뿐이며 질량에 대하여 어떠한 구체적인 정보를 제시하지 못했다. 더군다나 프린키피아라는 위대한 저술은 정의로부터 시작되는데, 그 첫...
