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고속으로 달리는 열차로 참새가 달려든다면 어떻게 되나요?

* 2004.01.29 답글
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Q. 피사의 사탑에서 물체를 떨어뜨리면 연직 아래 자리에 떨어질 까? 지구의 자전 속도는 동쪽 방향으로 약 1670km/h나 된다. 그 러니까 물체가 낙하하는 동안 지구가 동쪽으로 이동했다고 생각 한다면, 물체는 정확히 아래쪽이 아닌 서쪽 방향으로 비껴서 떨 어져야 한다는 생각을 할 수 있다. 그러나 정확하게 탑의 연직 아래쪽에 떨어진다. 이것은 일정한 속도로 달리는 자동차 안에 서 동전을 가만히 떨어뜨리면 아래쪽에 떨어지는 것과 같은 원 리이다. 동전의 운동을 자동차 밖에서 관찰한다면 어떻게 운동하는 것으 로 보일까? 처음부터 자동차와 같은 속도로 운동하고 있었다. 자동차 안의 물체는 모두 자동차의 속도와 같다. 자동차 안에 서 가만히 물체에 뜨린다면, 수평으로 던진 포물선 운동과 같 은 운동을 한다. 즉, 동전을 떨어뜨리는 사건이 관찰자와 동일 한 공간에 있지 않을 때와 동일한 공간에 있을 때 다른 운동으 로 보인다. 지구 밖에서 피사의 사탑에서 떨어뜨린 물체를 관찰 하면 어떻게 보일까? 그런데 사건과 관찰자가 동일한 공간에 있다고 해도 그 공간의 운동이 등속 직선 운동이 아니면 또 다른 운동으로 보인다. 이 때는 뉴턴의 운동 법칙이 적용되지 않아서 새로운 가상적인 힘 (관성력)을 도입하기도 한다. 그러나 등속 직선 운동하는 공간 에서는 정지한 공간에서 일어나는 물체의 운동과 모두 같고, 뉴 턴의 운동 법칙이 잘 적용된다. 이와 같이 등속 직선 운동하는 공간을 관성계라고 한다. 시속 150km로 달리는 열차 안에 있는 참새는 그 안에서 정지해 있기 위하여 시속 150km로 날아야 할 것처럼 보이지만 그렇지 는 않다. 참새는 열차라는 관성계 안에 있기 때문에 지상에 있 을 때와 마찬가지로 정지 비행을 위한 날개짓만 하면 된다. 그 안의 사람이 달리는 열차 안에서 움직일 때도 지상에서 움직이 는 것과 같이 움직일 수 있다. 마치 우리가 자전하는 지구 위에 서 같은 위치에 있기 위해 지구 자전 속도로 달리지 않아도 되 는 것처럼말이다. 그러나 도로 위에서 유유히 정지 비행을 하던 참새가 달리는 열 차의 열린 차장을 통해 열차 안으로 들어온다면 참새의 운명은 과연 어떻게 될까? 잠시 후 열차의 뒤쪽에 납짝쿵이 된 불행한 참새의 식신을 보게 된다. 왜냐하면 이 불행한 참새는 처음부 터 관성을 갖지 못했기 때문이다.



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