[Physics] 역학의 발전사 : 뉴턴의 제1운동법칙

아리스토텔레스 (Aristotle, 고대 그리스 자연철학자, 384-322 BC)

• 우주의 모든 물체는 자신의 구성요소에 맞는 위치에 위치하려는 성질(nature)을 가짐.
• 우주의 중심에 지구(흙)이 존재.
• 그 위에 물,공기,불 의 순서로 위치를 가짐.
• 이들의 위는 천계 (supralunar)로서 aether(quintessence) 로 구성된 별 등이 위치함(달의 천구(달이 지구를 중심으로 도는 경로라고 볼 것)가 천계와 지상(sublunar)의 경계).

• 위 동영상의 초반부(~2:16) : Aristotle 관한 내용.
• 위 동영상의 중반부(2:48~5:21) : 갈릴레이의 관성의 법칙

아리스토텔레스의 역학 (summary)

• 자연적인 운동(natural motion): 자신의 구성요소에 맞는 위치로 가려는 운동. (예: 물은 공기의 아래로, 흙의 위로 가려고 함)
• 강제적인 운동(violent motion): 접촉하여 밀고 당기는 외부 힘에 의한 운동
• 천체를 제외한 지상의 정상상태는 정지상태임.: 천계와 지상은 다른 운동법칙이 지배.
• 목적론적인 역학(왜 움직이는가, 운동의 원인이 무엇인가를 중시) : mover가 무엇인가(외부의 힘/물질의 성질)

코페르니쿠스(Kopernikus, 폴란드 출신 교회행정가. 1473-1543)

• 16세기(1543.5.24) : 과학혁명의 출발이라고 말해지기도 하는 저서(De Revolutionibus, 천구의 회전에 대해서) 통해 지동설 소개.
  • 출판되던 해 사망?
  • 1616년 금서로 지정.
  • 관측 사례에 대한 설명의 정확도가 기존 프톨레마이오스 체계보다 부정확함(타원궤도를 사용치 않았음)
• 지구가 우주의 중심이 아님 (혹은 아닐 수도 있음)을 애기.
  • inertia 개념 없는 시절.
  • 순전히 수학적 단순성과 심미적 아름다움 때문에 지동설을 고려 (신의 창조물인 우주가 천구가 80개가 넘을 정도로 조잡하지 않을 거라는 믿음)
  • 신플라톤주의에 영향을 받은 것으로 알려짐.
• 과학혁명의 시작의 발걸음을 처음으로 시작한 이! (시작과 동시에 사망...)
• 최초의 근대천문학자이자 최후의 프톨레마이오스 천문학자라고 불림.

갈릴레이 갈릴레오(이탈리아, 1564-1642)

• 어떻게 움직이는가에 초점.
• 공기저항 무시할 경우 무게에 상관없이 같은 속도로 떨어짐.(피사의 사탑) : 2배 무겁다고 2배 빨리 떨어지지 않음.
• 목성의 위성발견 및 흑점 발견: 천계의 무결정성 을 부정하는 증거가 되었고 이는 지구가 중심이 아닐지도 모른다는 의심으로 이어짐.
• 관성(inertia)의 발견 (마찰력의 적용)
  • 관성은 운동변화에 저항하는 물질의 본성으로 왜 그 같은 성질을 가지는지는 모름.

갈릴레오의 역학 3법칙.

• 관성의 법칙 (등속직선운동이 아닌 등속원운동의 관성의 오류를 가짐. 실제로 inertia라는 용어도 사용하지 않음.)
• 운동의 상대성 원리 (운동은 두 물체 사이의 관계로서 운동을 같이 하고 있는 경우, 운동을 느낄 수 없음.)
• 운동의 합성과 분해 (탄환의 포물선 운동을 수평등속운동과 낙하운동으로 분해 가능함을 제시하면서 기존의 자연스런 운동과 비자연스런 운동의 엄격한 구별을 타파.)

" 갈릴레이는 지동설을 지지하기 위해 관성의 법칙 및 운동의 상대적 특성을 사용.

아이작뉴턴(영국)

• 23세에 뉴턴의 운동법칙
• 제1법칙 :알짜힘(net force)이 작용하지않으면 물체는 운동상태를 계속하여 유지한다.
  • 알짜힘이 0일때 물체는 역학적 평형상태임.
  • Every object continues in a state of rest or of uniform speed in a straight line unless acted on by a nonzero net force.

• 모든 운동하는 물체는 같은 법칙이 적용된다. (아리스토텔레스의 경우, 천계와 지상계의 운동의 법칙이 다름)