[History of Science] Aristotle’s Mechanics

Aristotle’s Mechanics

• 모든 운동엔 원인(mover)이 존재 (운동지속을 위해 힘이 계속 작용해야함)
• mover가 움직이는 물체 내부에서 있는가 외부에 있는가에 따라 운동을 구분.
  • 자연운동 (natural motion)
  • 강제운동 (violent motion)
• 천상(supralunar)와 지상(sublunar)로 구분하여 운동을 파악
  • supralunar (불변, 완전, 영원, 등속원운동, aether로 구성)
  • sublunar (변화, 불완전, 생성소멸, 직선운동, 4원소)
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• 물질의 상태변화(씨앗에서 나무가 되는 변화)도 운동에 포함시킴.
  • 비존재, 가능태, 현실태 로 구분하여 가능태(씨앗)에서 현실태(나무)로 변화는 자연스런 운동이라고 생각!
• 물질의 운동과 변화의 원인을 중시하고, 이를 4가지로 나누어 파악.
  • 4원인론 (운동과 변화의 원인)
    • 질료인 (재료에 해당) : 어떤 사물을 구성하고 있는 재료에 해당 (청동은 청동 조각상의 질료인)
    • 형상인 (정의, 특성, 형태에 해당) : 도자기에서 흙은 질료인 이고, 도자기의 형태는 형상인 임.
    • 동력인 (변화의 원인에 해당) : 아버지는 아들의 원인. 어떤 작용의 실제 원인에 해당. (행위자는 해당 행위의 원인)
    • 목적인 (사물의 목적에 해당) : 대상이 원래 쓰이는 용도. 의지 나 동기, 윤리적인 것을 가르킴. 건강은 산책의 목적인. 의자는 앉기 위한 것. : 당신이 태어난 목적은 사랑받기 위해서?
  • 아리스토텔레스는 생물학에도 관심이 매우 컸고, 많은 연구를 수행했는데이는 살아있는 생물들이 형상인과 목적인에 대해 많은 증거를 준다고 여겼기 때문임.
  • 아리스토텔레스는 형태에 따라, 고등생명체를 높은 위치에 그리고 하등동물을 낮은 위치에 배열하는 ‘생명의 사다리’ 혹은 자연의 스케일과 연관해서 유기체를 분류함.

원인을 중시한 특성상 역학이라기보다 철학적임.

운동의 종류

Natural motion

• 모든 물질은 제각기 고유한 장소로 되돌아가려는 성질을 가지고 있음.
• 자기 고유의 장소에서 이탈하면 자연의 힘에 의해 고유한 장소로 되돌아오는 운동 발생 (외부의 간섭 필요없음).
  • 천계 (beyond earth) : 원(circle)운동이 자연스러운 운동.
  • 지상 (sublunar) : 직선운동이 자연스러운 운동 (straight up or down)
• 이같이 고유의 장소로 가려는 자연의 힘이 mover로 작용 (자연운동)
• 이는 달 밑 세계(지상계, sublunar)의 모든 것들은 흙, 공기, 물, 불의 4가지 원소로 구성되어 있으며, 그 비율에 따라 자연에서 위치해야 할 본래의 위치로 돌아가려는 자연스러운 경향이 있다는 우주관에 기초
  • 흙 위에 물, 물 위에 공기, 공기 위에 불.
• 모든 물체가 그것들의 자연적인 원래 위치에 접근하면서 가속됨.
• 물체의 무게(우리가 아는 무게 라기 보다 4원소의 비로 보는 것이 타당함. 물론 흙이 실제로 가장 무겁다고 Aristotle는 애기함.)는 물질의 절대적인 성질이며, 자연스런 낙하운동의 직접적인 원인이라 생각

Violent motion

• 반드시 물체의 외부에서 강제적으로 접촉하여 밀거나 끄는 작용 (external pushes or pull on object)이 있어야 함.
• 투사체 운동의 경우, 투사체가 던져지면서 뒤편의 공기가 희박해지고, 진공을 싫어하는 공기가 채워지면서 투사체를 밀게되어 앞으로 계속 나간다고 생각함.
• 강제적인 운동(자연적 운동 포함)은 매질의 저항을 받는다고 생각함.
• 진공에서는 물체에 힘을 가할 수 있는 mover가 없어지는 문제점과 매질의 저항이 없기 때문에 무한의 속도를 가진다는 모순이 있어서 존재할 수 없다고 생각함

아리스토텔레스의 역학에서 주요 개념

Velocity (속도)

• 속도는 물체의 무게(4가지 구성요소의 비 및 양에 의해 결정됨)에 비례
• 통과하는 매질의 밀도에 반비례
• (매질을 일정하게 유지하면서) 물체의 무게를 두 배로 하거나 또는 (물체의 무게를 일정하게 유지하면서) 매질의 밀도를 반으로 하면, 물체의 속도는 두 배가 됨.

수직으로 던져진 돌의 운동 에 대한 해석

1. 돌은 본래 지면으로 떨어지려는 자연운동을 하게 되어 있음.
2. 처음 외부에서, 즉 손으로 힘을 가했기 때문에 돌은 위쪽으로 강제운동을 하게 됨.
3. 손에서 떨어진 후엔 공기(매질)이 mover로서 작용하며 위로 올라감.
4. 시간이 지나면 그 올라가는 mover의 힘(or 영향)이 떨어짐.
5. 결국 본래의 자연운동으로 돌아가 낙하 시작.
6. 강제운동을 지속시키는 mover의 영향이 끝나면, 흙으로 이루어진 돌과 같은 물체는 그것의 고향인 땅으로 돌아가려는 자연운동을 수행.

투사체(Impetus) 에 대한 해석

1. 투사체가 손을 떠나면 공기를 교란
2. 교란된 공기가 뒤로 와서 투사체를 앞으로 나아가게 함 (원래는 inertia로 인해 투사체가 운동을 하는것임.)
3. 투사체가 던져지면 뒤편의 공기가 희박해짐
4. 자연은 진공을 싫어하기 때문에 이 빈공간을 다른 공기가 와서 메꾸면서 투사체를 밀게 됨.
5. 투사체의 추진력이 천천히 약해져 완전히 없어질 때 강제 운동이 끝나고 자연운동이 시작.
6. 투사체의 구성성분(혹은 무게)에 의해 자신의 자리로 가게됨. (가까워질수록 가속)