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이 영상에서 저는 뉴턴의 제1운동 법칙에 대해 조금 설명 하려 합니다
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이것은 라틴어로 된 뉴턴의 이론을 영어로 번역한 것입니다
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자, 첫번째 이론: 모든 물체는 멈춰있는 상태를 유지하려 한다
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멈춰있는 상태를 유지하려 하거나 운동하는 상태를 유지하려 하는데,
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단, 힘이 작용하여 강제로 상태가 바뀌는 것을 제외한다
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다른 말로 하자면, 힘이 작용하여 강제로 상태가 변한다거
나 운동을 한다거나,
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특히 불균형적인 힘이 작용하는 경우는 조금 뒤에 설명할
것인데,
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이런 경우를 제외할때
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모든것은 정지상태를 유지하거나, 같은 속력의 운동을 계속한다는 것입니다
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자, 만약 제가 완전히 멈춰 있는 물체가 있다고 하면,
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뭘 갖고 있냐면, 우리가 본 물체인데...
제가 돌을 갖고 있다고 합시다
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어딘가에 돌을 갖고 있고, 잔디밭 위에 있습니다
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만약 아무 일도 벌어지지 않는다면, 이 돌을 계속 관찰
하고 있어도 돌은 움직이지 않을겁니다
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만약 돌에 힘이 작용하지 않는다면 돌이
계속 멈춘 상태로 있는 것이죠
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그러므로 첫번째 부분은 꽤 당연합니다:
모든 물체는 멈춘 상태를 유지한다
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두번째 부분은 건너뛰고, 단 힘이 작용하였을때는 제외하였을때.
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돌은 당연히 힘이 작용하지 않는 한 계속
정지해 있을 것입니다
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누군가가 밀거나 굴리거나 무언가를 하지 않으면
그 상태를 유지할 것입니다
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제1법칙에 덜 직관적인 부분은 두번째 부분입니다
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모든 물체는 멈춘 상태를 유지하거나 등속직선운동을 한다
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단, 힘이 작용하여 강제로 상태가 바뀌는 것은 제외한다
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이것이 뉴턴의 제1운동법칙이고, 여기서 제가 잠시 다른
얘기를 해야 겠는데,
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왜냐면 여기 이사람이 바로 뉴턴이기 때문입니다
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그런데 이 것은 뉴턴의 제1운동법칙인데 왜
이 사람의 커다란 사진이 있을까요?
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그 이유는 뉴턴의 제1법칙은 이사람의 관성의 법칙을
다시 말한것이나 마찬가지이기 때문입니다
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이 사람은 - 또다른 사회의 거인 - 바로
갈릴레오 갈릴레이입니다
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그리고 이 사람은 관성의 법칙을 공식화한
최초의 사람입니다
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뉴턴은 그저 말만 조금 바꾸고 자신의 다른 법칙들과
함께 묶어둔 것이죠
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하지만 그는 그밖에도 많은 것들을 하였습니다
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그러니까 우리는 뉴턴의 제1법칙에 대해 갈릴레오에게
공을 주어야 합니다
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그래서 제가 그를 이렇게 크게 한 것이고요
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제가 잠시 딴생각을 하고 있었군요
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이제 우리는 힘이 작용하지 않는 한 멈춰있는 물체는
계속 멈춰 있을것이라는 것을 이해할 수 있습니다
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어떤 설명에서는 "불균형한 힘이 작용하지 않는 한"
이라는 것을 볼 수 있는데
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'불균형한'이라고 말하는 이유는 물체에 두 가지 힘이 작용할때
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두 힘이 균형을 잡을 수도 있다는 것입니다
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예를들어, 제가 돌의 이쪽을 적당한 양의 힘으로 밀고
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돌의 반대평을 똑같은 양의 힘으로 밀면, 돌은 움직이지
않을 것입니다
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돌이 움직이려면 한 쪽의 힘의 양이 다른쪽보다 훨씬
많아야 겠죠
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그러니까 우리가 불균형적인 힘이 있다면
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만약 우리가 많은 - 어쩌면 이 돌은 나쁜 비유인 것
같습니다
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움직이기 쉬운 얼음으로 생각해보죠
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아니면 얼음 위에 있는 얼음으로
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여기 얼음이 있고 얼음 위에 다른 얼음이 있습니다
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우리는 이제 힘이 작용하지 않으면 얼음이 움직이지 않을것
을 알고 있습니다
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그런데 만약 제가 얼음의 이쪽 부분을
적당한 양의 힘으로 밀고
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여러분이 반대편을 똑같은 양의 힘으로 밀고 있으면
어떻게 될까요?
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얼음은 움직이지 않을 것입니다
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그러니까 이 것은 균형잡힌 힘인 것이죠
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균형잡힌 힘
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그러므로 얼음이 운동상태를 바꾸려면, 멈춘 상태를 바꾸
려면 힘이 불균형적이여야 하는 것이다
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우리가 이쪽에 반대편 힘을 충분히 넘어설 수 있을만큼
의 힘을 더해주면
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얼음이 저쪽으로 움직이는 것을, 저쪽으로 속도를 내는
것을 볼 수 있을 것입니다
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하지만 이 부분은 당연합니다: 불균형적인 힘이 작용하지 않는 한
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멈춰있는 물체는 계속 멈춰있습니다
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이 것에서 덜 당연한 것은 바로 똑바른 직선 운동을 하는
물체인데
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다르게 말하면 같은 속력으로 움직이는 물체입니다
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같은...속력
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이 사람이 말하는 것은 같은 속력으로 움직이는 물체는
불균형적인 힘이 작용하지 않는한
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같은 속력을 끝없이 유지한다는 것입니다
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이것은 덜 직관적인데, 인간의 경험에 있는 모든 것들은,
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만약 제가 이 얼음을 민다면 언젠가는 멈추게 되어있습니다
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이 얼음판이 끝없이 길다해도 계속 움직이지는 않겠죠
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저 얼음은 언젠가는 멈춥니다. 제가 테니스 공을 던져도
언젠가는 멈춥니다
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마찰에 의해 멈추겠죠. 제가 볼링공을 굴려도,
제가 - 모든것이요!
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우리는 본적이 없죠, 우리 인간의 경험에서는, 모든것이
멈출 것 같아 보입니다
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그러므로 이것은 매우 직관적인 말입니다:
운동하는 물체는 끝없이 운동한다
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인간의 직관에 있는 모든 것은 만약 우리가 물체를 계속
움직이게 하고싶다면
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계속 그 물체에 힘을 작용해야 한다고, 더 많은 힘을
작용해야 한다고 합니다
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당신의 차는 엔진이 기름을 태워 에너지를 만들지 않으면
계속 움직이지 않을 것 입니다
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그럼 이 사람들은 무슨 말을 하는 걸까요?
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자, 이 모든 예에서는 - 그리고 저는 이 사람들이 정말
대단한 통찰력을 가졌다고 생각합니다-
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바로 이 모든 물체들은 끝없이 움직였을 것이라는 것입니다
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공도 끝없이 움직였을 것이고, 이 얼음도 끝없이 움직였을 것이지만
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불균형적인 힘들이 이들을 멈추기 위해 작용하고
있었던 것이죠
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얼음의 경우에는, 얼음과 얼음 사이에 마찰을
거의 작용하지 않지만
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이 두 얼음 사이에 어느정도의 마찰은 존재합니다
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그러니까 이 경우에는 마찰력이
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얼음의 운동방향과 반대쪽으로 작용하는 거죠
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마찰력은 분자들의 마찰에서 생깁니다
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자, 여기 이 얼음의 격자 구조에 있는 물 분자가 있고
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여기에는 얼음판의 격자구조에 있는 분자가 있습니다
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이들은 서로 부딪히고 갈립니다
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둘 다 매끄러워 보이지만, 완벽하지 않은 부분들이
있는 것이죠
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그들은 부딪히고 갈리면서 작은 양의 열을 만듭니다
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그리고 그 열은 운동을 방해하죠
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그러므로 여기에는 마찰력이 작용하고 있고
그래서 멈추는 것입니다
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그리고 마찰력만 있는 것이 아니라 공기 저항도
있을 수 있습니다
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이 얼음은 여러 종류의 공기 분자와 부딪히게 될겁니다
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처음엔 보이지 않을 수 있지만 이것은 얼음을
계속해서 움직이지는 못하게 할 것입니다
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공중으로 던진 공도 같은 원리입니다
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언젠가는 당연히 중력 때문에 바닥으로 떨어질것 이므로
중력은 이에 작용하는 힘들 중 하나입니다
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하지만 바닥에 떨어져서도 마찰력 때문에 계속
굴러가지 못합니다
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여기 잔디가 있다면 잔디는 공을 멈추게 할 것입니다
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그리고 공중에 떠있을 때도 같은 속력을 갖지 않고
느려지게 되는데
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공기 분자들이 부딪혀
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느리게 만드는 것입니다
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이 사람들이 정말 대단한 것은 이들이 중력이 없고
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물체를 느려지게 할 공기도 없는 곳을 상상하고
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현실에서는 그 물체의 운동에 무언가가 계속 관여할 것을
상상할 수 있었다는 것입니다
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갈릴레오가 이것에 대해 생각하는 것을 잘했던 이유는
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그가 행성들의 공전을 연구했기 때문입니다
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그리고 그는 아마,' 어쩌면 우주에는 공기가 없어서 저 행성
들이 계속해서
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공전할 수 있는 것일 거야. 아, 그들의
속력이라고 해야 겠구나
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그들의 방향은 늘 바뀌고 있으니까 그들의 속력은 우주에
행성들을 멈출 수 있는 것이 없어서 절대
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느려지지 않는거야' 라는 이론을 세웠을 것입니다
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자, 어쨋든, 여러분이 저처럼 이것이 흥미로웠기를 바랍니다
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왜냐면 이 것은 어떤 방면에서는 정말, 정말 당연한데
어떤 방면에서는 정말 당연하지 않기 때문입니다
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특히 '등속직선운동'처럼 말이죠
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그리고 요점을 확실하게 하기위해서, 만약 중력이 없어지고 공기가 없는데
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공을 던진다면 그 공은 계속해서 그 방향으로 끝없이 움직일 것입니다
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단, 불균형적인 힘이 작용하지 않는다면요
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다른 방법으로 생각하면, 이 예는 우리가 일상생활에서
볼 수도 있는데,
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만약 제가 완벽히 같은 속력으로 움직이고 있는
비행기에 있고
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흔들림이 전혀 없다면
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자, 제가 이 비행기에 타고 있고 같은 속력으로 가고 있다면
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완전히 매끄럽고 흔들림이 없다면
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창문을 내다보지 않고는 비행기가 움직이는지
알 수 없습니다
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비행기에 창문이 없다고 생각하고, 같은 속력으로 가고있고
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흔들림도 없고, 아무것도 들을 수 없다고 합시다
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그러니까 엔진 소리도 나지 않는 것이죠
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비행기가 움직이고 있는지 알 수 있는 방법이 없습니다
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왜냐면 제가 참고할 수 있는 한에서는 제가 바닥에 있는
똑같은 비행기에
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탄 것과 완벽하게 같아 보이기 때문입니다
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그리고 이것은 다른 방법으로 생각해본 것이었습니다
같은 속력으로 움직이는 것과 멈춰있는 것이
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거의 같다고 말하는 것은 사실 무척 직관적인 것입니다
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우리는 뭐가 뭐인지 사실 잘 구분할 수 없습니다
