06_운동의 기본

정지 또는 등속도

물리학은 시공간(spacetime)에서 일어나는 여러 가지 일들을 '물체의 운동'으로 설명하려고 합니다.

우리 주변에서 볼 수 있는 다양한 물체가 움직이는 모습을 한 번 상상해 보세요. 자동차, 비행기, 책상위에서 굴러가는 공, 날아가는 새, 바람에 흔들리는 나뭇잎, ….

이제, 간단한 상황 하나를 생각해 봅시다. 손에 들고 있는 지우개를 위로 던지는 상황입니다. 손을 떠난 지우개는 위로 올라가다가 방향을 바꾸어 다시 아래로 떨어집니다. 다음 그림을 보면서 조금 더 구체적으로 살펴볼까요? 

지우개의 운동 방향은 지우개를 던진 순간부터 방향을 바꾸기 전까지는 위쪽 방향, 방향을 바꾼 후 부터는 아래쪽 방향입니다. 지우개의 빠르기는 어떤가요? 지우개가 방향을 바꾸기 전까지는 점차 느려집니다. 그리고 방향을 바꾸는 순간에는 잠깐 멈추게 되죠.(어떤 물체든 원래 움직이던 방향과 반대로 움직이기 위해서는 반드시 한 번은 멈춰야 합니다.) 방향을 바꾼 후에는 다시 점점 빨라집니다. 이처럼 지우개의 운동을 구체적으로 살펴보니 조금 복잡해 보이기도 합니다. 하지만, 이 운동도 몇가지의 물리량만 정의하면 간단한 식 1개로 표현될 수 있습니다. 속도, 가속도, 변위 등이 바로 그 물리량들입니다. 차근차근 알아가 볼까요?

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우선, 다음 질문에 답을 해 봅시다.

[질문] 주변에 아무 것도 없는 빈 공간에 홀로 놓여 있는 물체가 운동을 한다면 어떤 운동을 하고 있을까요? (이것이 바로 물체의 운동 중에서 가장 기본적인 운동의 모습이라고 할 수 있습니다.)

다음 다섯가지 운동 상황 중에서 골라보세요.

  ① 정지

  ② 일정한 빠르기로 계속 같은 방향으로 운동

  ③ 점차 느려지다가 정지

  ④ 일정한 빠르기로 원 운동

  ⑤ 점차 빨라지는 운동

텅 빈 공간에 오직 1개의 물체만 있고 이 물체가 운동을 한다면, 물체는 외부로부터 어떤 영향도 받지 않기 때문에 운동하는 모습은 다음 2가지 경우 중 하나임이 분명할 것입니다. 첫 번째는 '① 정지'한 모습입니다. 그리고 두 번째는 '② 일정한 빠르기로 계속 같은 방향으로 운동'하는 상황입니다. 이 두 가지 운동이 바로 물체의 가장 기본적인 운동 형태입니다. '기본'이라는 것의 정의는 다양하게 둘 수 있겠지만, 물체의 운동에 있어서는 변하지 않고 계속 그 상태를 유지하는 것이 바로 '운동 상태의 기본'이라고 할 수 있습니다. 어떤 물체에 영향을 주는 다른 물체나 작용이 없다면 그 물체는 '정지'해 있거나 '일정한 빠르기로 계속 같은 방향으로 운동'할 수 밖에 없습니다.

여기서, 물체의 빠르기와 방향을 한 번에 표현하는 물리량이 있다면 이 상황을 훨씬 간단하게 설명할 수 있을 것입니다. 이 물리량을 바로 '속도(velocity)'라고 합니다. 속도는 물체의 빠르기와 물체의 운동 방향을 함께 표현하는 물리량입니다. '속도'를 이용하여 물체의 가장 기본적인 운동을 설명하면 다음과 같이 설명할 수 있습니다.

☞ 물체의 가장 기본적인 운동 형태: 정지 또는 등속도

깔끔하죠? 물체의 가장 기본적인 운동 모습은 '정지' 또는 '등속도 운동'입니다. '등속도 운동'을 속도의 정의에 맞추어 풀어서 설명하면 속도가 같은 운동 즉, 빠르기가 일정하고 방향이 변하지 않는 운동입니다.

다음 장에서는 '속도(velocity)'와 '속력(speed)'의 정의에 대해 조금 더 구체적으로 이해하고 어떤 차이가 있는지 알아봅시다.