차동우_아인슈타인에서우주론까지_1주차

1주차-간추린 역학

-물리학은 3세기 전 영국의 뉴턴이 발표한 뉴턴의 만유인력 법칙과 뉴턴의 운동법칙으로부터 처음 시작

-19세기 말부터 당시 알려진 물리학으로 설명할 수 없는 현상들 관찰되기 시작하여 새롭게 출현한 물리학이 상대성이론과 양자역학

상대성이론과 양자역학을 합쳐서 현대물리학, 뉴턴역학과 전자기학 등의 분야를 고전물리학이라고 한다.

-시간과 공간의 상대성, 그것이 상대성이론이다. 시간에 대한 새로운 깨달음을 준 이론

-상대성이론은 20세기가 시작하면서 등장

 

-1광년, 빛의 속도로 1년동안 간 거리

-1fm, 1페르미, 10^(-15)m, 아주 작은 길이 단위

-상대성이론은, 큰 세계(은하, 우주 등)를 이해하게 해주었다.(우주론으로)

-역사 순으로 자연 현상 설명하는 방법

-신화시대:신들이 자연현상 지배

-고대 그리스 시대부터는 학자들이 자연현상을 관찰, 신들이 관여하지않는, 가만히 놔둬도 저절로 일어나는 자연법칙을 알게됨

-운동에 관한 법칙

-천상에 있는 놈들은(별) 원운동하는 구나

-지상에 있는 놈들은 결국엔 정지하는 구나

->신들의 세계는 모든게 완벽하므로, 처음과 끝이 없는 원운동

->인간은 불안정하므로 나중엔 고향에 돌아와서 쉰다는 의미로 정지하게 됨

-물질에 관한 법칙

-천상에 있는 건 신들의 세상이므로 변하지 않고 그러므로 한개의 물질(에테르)로 구성됨

-지상에 있는 건 변화하는 걸 보니 여러 물질로 구성

-물, 불, 흙, 공기 4개의 구성비에 따라 여러 물체가 된다 생각

-2000년 동안 지배해왔으며, 르네상스 때 의심들기 시작

-뉴턴이 물리학(과학)을 시작했다.

-왜 뉴턴 이전 것은 물리학이 아닌가?

-이전의 과학은 수식없는 과학이라, 과학이라 부르기 모호하다.

-오늘 날의 과학은 자연법칙을 수식으로 표현, 

-뉴턴과 아인슈타인은 각각 역학과 상대성이론을 혼자서 다 만든 케이스, 전자기학이나 양자역학은 여러명이 조금씩 발전시킨 케이스이다. 뉴턴은 역학 이후 연금술에 매달려 평생을 보냈고, 아인슈타인은 중력과 전자기력을 통합하려는 통일장 이론에 평생을 보냈다. 각각 큰 거 1개씩 하고 이룰 수 없는 것에 평생 매달린 경우이다.

 

-화학은 물질을 대상으로 연구, 물리학은? 자연의 '기본 법칙'을 대상으로 연구하는 학문이다. 이 기본 법칙으로 다른 법칙을 설명한다. 따라서 물리학을 기본이라고 하는 것이다.

 

-코페르니쿠스의 지동설이 있었기에 뉴턴까지 올 수 있었다. 하늘을 보아하니 몇몇개가 원운동을 만족하지 않는 것이 그 근거. 그 당시 주전원 개념이 있었는데, 만약 지구가 태양 주위를 원운동한다면 많은 주전원을 제거할 수 있지않을까란 발상에서 시작함. 당시의 천상법칙(원운동)을 부정하는게 아니라, 그렇게 설명하기 위해서 지동설을 도입한 것. 코페르니쿠스가 당시 지동설에 관한 책도 썻지만 발표를 못한 것은, 당시에 자기 자신도 신학자였고 이 가설을 이해해줄 사람도 신학자들이긴한데, 당시 대중들을 설득할 자신이 없었기 때문이다. 막연히는 코페르니쿠스가 신학자임을 몰랐고 당시 신학자들이 연구를 많이하고 있음을 몰랐다면, 지동설 발표를 늦춘 것은 종교인들의 학대일거라 예상되는데, 그것과는 정반대이다.

 

-티코 브라헤, 지동설이 마음에 안들어서 별을 측정, 기록, 30년동안함. 씹덕후임. 하지만 분석할 수학적인 능력이 없었음

 

-케플러, 브라헤에게 자료를 받아 수학적 분석 시도. 지동설 좋아했음. 코페르니쿠스의 지동설을 도입하더라도 주전원 개수가 줄지 않음을 확인함. 태양 주위를 타원으로 돈다고 생각하고 해보니 다 딱 맞아 떨어짐. 하지만 설명할 근거가 부족. 신의 세상이니까 원운동은 그럴듯한데, 타원운동이라니...

-케플러 제 1법칙:행성은 태양을 초점으로하는 타원궤도(행성 각각에 대한 법칙)

-케플러 제 2법칙:면적 속도의 법칙(행성 각각에 대한 법칙)

-케플러 제 3법칙:조화의 법칙(행성 전부에 대한 법칙, 공전주기의 제곱은 타원의 긴 반지름의 세제곱에 비례한다.)

 

-이러한 케플러의 법칙을 설명하기 위해 뉴턴의 역학이 등장. 운동법칙(F=ma)과 만유인력의 법칙 등장

-아리스토텔레스부터 뉴턴직전까지는 힘은 위치를 바꾸는 원인이라 생각했는데, 뉴턴의 운동법칙은 힘은 속도를 바꾸는 원인으로 생각하자는 것

-질량이 있기만하면 서로 인력이 있다는 생각

-뉴턴의 3가지 법칙(관성의 법칙, 운동 법칙, 작용 반작용의 법칙), 1,3 법칙은 2법칙을 설명하기 위함

-작용 반작용의 법칙

-힘이란 무엇인가를 설명해줌, A가 B에게... 즉 A와 B 둘 다 있어야 한다. 작용하는 놈과 받는 놈이 필요. 힘의 본성을 나타내는 법칙

-A가 B에게 F를 작용한다면, B가 A에게도 F를 작용한다.(작용에는 반드시 반작용이 있다.)

-관성의 법칙(관성:속도를 유지하려는 성질)

-관성이 크다는 것은 속도를 유지하려는 성질이 크다는 것, 관성이 크고작음을 결정하는 것은 질량

-질량이란 관성을 결정하는 것이다.

-합력이 0이면 등속도 운동한다. 는 것이 관성의 법칙

-천상법칙이 틀리다는 것은 코페르니쿠스, 브라헤, 케플러, 뉴턴이 알아내고, 지상법칙이 틀리다는 것은 갈릴레이의 사고실험

-운동 법칙

-F=0이면 관성의 법칙이 설명됨

-그래도 제1법칙으로 따로 부르는 이유는

-사실 뉴턴이 3개의 법칙을 말하기 앞서 힘에 대한 개념은 갈릴레이가 다 생각해놨던 것이다. 뉴턴은 미분과 적분을 통해 1단계 더 올라간 것. 1법칙의 공저로 갈릴레이를 포함시킨 것이다.

-물체의 속도는 보는 사람마다 다르다. 진짜 속도라는게 존재하냐? 진짜 속도라는 것은 존재하지 않는다. 속도라는 것은 항상 얘기할 때 누가 볼 때의 속도라고 명시해줘야한다. 속도, 가속도는 관찰자에 따라 다른데, 힘은 관찰자에 따라 다른게 아니다. 따라서 F=ma는 어떤 관찰자에 대해서도 성립하는게 아니다. 제1법칙은 제2법칙이 성립하는 기준을 제시해준다. 즉 제1법칙은 관성계를 정의해주는 법칙이다.

-운동 법칙이 성립하는 관찰 틀을 관성계, 성립하지 않는 틀을 비관성계라 한다.

-즉, 합력이 0이면 가속도도 0으로 기술되는 기준계를 관성계라 한다.

-

-