바닷물은 왜 하루에 두 번씩 밀려왔다 밀려 나가나

9, 뉴턴의 프린키피아, 밀물과 썰물에도 만유인력의 법칙이 ~~~

Plato Won 作,바닷물이 왔다리 갔다리 하는 것은 저 달이 당기기 때문이지

"바닷물의 밀물과 썰물은

태양과 달의 작용 때문에 생기고,

밀물과 썰물은 하루에 두 번씩 생긴다."

뉴턴의 프린키피아에서는 바다가 왜 하루에 두 번씩

밀려왔다 밀려 나가는지에 대해 상세히 설명하고

있다.

밀물이 되어서 바닷물이 밀려 들어오면 '만조',

萬潮 (꽉 찰 만, 밀물 조), 바다가 꽉 차게 된다.

반면 썰물이 되어 바닷물이 빠져 나가면 '간조',

干潮(방패 간, 밀물 조, 방패로 밀려드는 물을 막는다), 바다가 바닥을 드러낸다.

그리고 밀물과 썰물이 생기면서 바닷물의 표면인

해수면이 오르고 내리는 것을 '조석(潮汐, 밀물 潮,

조수 汐)이라고 한다.

이 조석 현상은 태양과 달이 지구를 끌어당기는 힘,

만유인력과 회전운동으로 생기는 원심력 때문에 생겨난다는 것을 뉴턴은 프린키피아에서 상세히 기록하고 있다.

만유인력은 우주공간에서 모든 것을 끌어당기는

힘이니 달의 만유인력은 지구의 모든 것을 끌어당긴다.

물도, 땅도, 그러나 고체 상태인 땅보다는

액체 상태인 물이 더 쉽게 끌려가므로 지구의 바닷물은

달의 끌어당기는 힘으로 인해 여기서 저기로, 저기서

다시 여기로 왔다 갔다 한다.

그런데 바닷물이 하루에 각 두 번씩 밀물과 썰물이

발생하는 이유에 대해 뉴턴은 프린키피아에서

자세히 설명하고 있다.

지구가 달과 정면으로 마주하는 지점은 달의

만유인력이 가장 강하므로 밀물이 발생하고,

대략 180도 회전하는 지점인 지구의 반대편에서도

대략 12시간 25분 후에도 지구가 자전운동을 하면서 일으키는 원심력으로 밀물이 다시 발생하게 된다.

만유인력 법칙에 의해 지구와 달은 서로를 동시에

끌어당기며 회전하는데, 회전운동을 하는 중심축은

지구와 달의 질량차이로 지구로 치우쳐진 중심점을

기준으로 돌게 된다.

지구는 달의 질량보다 80배나 많다. 그러므로

회전의 중심축은 지구 지표면 안으로 치우친 지점에

중심축 자리하고, 이 중심축을 기준으로

지구와 달은 돌게 된다.

다시 말해 지구는 제자리에서 자전운동을 하는 것이

아니라, 지구와 달의 중심축을 중심으로 도는 것이다.

만약 대한민국이 달과 마주하고 있을 때 인천 앞바다

에서 밀물이 생겨나고, 그 뒤 대략 12시간 25분이

지나면 대한민국은 180도 회전한 지구의 반대편에

가 있을 것이므로 그 지점에서 다시 회전운동에 따른

원심력으로 밀물이 다시 생겨나게 되는 것이다.

그런데 지구가 24시간 자전할 때, 달은 지구를

24시간 49분 주기로 공전하므로 오차에 의해,

12시간 24분마다 밀물이 한 번씩 생겨나게 된다.

"태양과 달이 일렬로 줄지어 있을 때 밀물과 썰물이

가장 크고, 사분원 위치일 때 가장 작다."

뉴턴은 프린키피아에서 달과 태양과 지구가 어떻게

배치되느냐에 따라서 조석력이 차이 난다는 것을

이렇게 설명하고 있다.

태양-달-지구, 또는 태양-지구-달의 순서로

일렬 배열되어 있을 때 달의 만유인력이 지구에 가장

크게 영향 미치므로 밀물과 썰물이 가장 크게 나타난다. 즉 조석력이 가장 크게 나타나게 된다.

사분원 위치란 태양과 달과 지구가 직각을 이루는

배치로, 원을 사등분해서 한 조각의 모서리에

지구와 달, 태양이 위치한 배열을 말한다.

달이 옆으로 90도 비껴 나온 상태에서는 달의

만유인력이 지구에 가장 약하게 나타나게 된다.

이때 조석력이 가장 약해진다.

태양과 지구와 달이 한 줄로 서 있을 때, 즉

삭과 망일 때 조석력이 가장 크게 나타난다.

삭은 달이 보이지 않을 때를,

망은 보름달이 보일 때를 말한다.

반면, 지구와 달이 태양을 직각으로 이루는 때는

상현과 하현일 때로, 이때 달과 태양의 만유인력이

하나로 뭉치지 못해서 조석력이 가장 약하게 나타난다.

상현은 달의 오른쪽이 반달 일 때, 하현은 달의 왼쪽이

반달일 때를 말한다.

밀물괴 썰물의 높이 차이는 조수의 차이라는 뜻으로

'조차' 또는'간만의 차'라고 하고, 조석력이 가장

강할 때면 바닷물이 많이 밀려왔다 많이 빠져나가,

만조와 간조가 커지게 된다.

따라서 조차는 삭과 망일 때 가장 크게 나타나고

이것을 '사리'라고 한다.

반면 조석력이 가장 약하면, 조차가 가장 작게 나타나고

상현과 하현일 때 조차가 가장 약하게 나타난다.

이것을 '조금'이라 한다.

이러한 조석 현상은 달뿐만 아니라, 태양의 만유인력의

영향도 받는데, 뉴턴은 이 문제도 프린키피아에서

자세히 다루고 있다.

태양과 지구와 달은 만유인력의 법칙에 의해,

서로 거리의 제곱에 반비례하는 힘으로 서로를 잡아당기므로 조석력을 계산할 수 있다.

그런데 조석력은 지구가 자전하면서 생겨나는

원심력까지 고려해야 정확히 계샤할 수 있다

태양이 당기는 만유인력에, 지구 자전으로 생겨나는

원심력을 빼면 조석력을 구할 수 있다.

이런 방법으로 계산하면 '조석력은 거리의 세제곱에

반비례한다." 한다는 것을 뉴턴의 수학적으로

증명한 것이다.

만유인력은 거리의 제곱에 반비례하는데 반해,

조석력은 거리의 세제곱에 반비례하므로 지구에서

거리가 달보다 훨씬 멀리 떨어져 있는 태양보다는

달이 지구의 조석현상에 더 큰 영향을 미치게 돠는

것이다.

지구 질량은 달의 81배이고, 태양의 질량은 지구의

33만 2900배이며, 태양과 지구 사이 거리는 달과 지구 사이 거리(384,400km)의 400배이므로,

태양이 훨씬 무겁지만 지구와 거리가 훨씬 멀기

때문에 상대적으로 만유인력이 적게 영향을 미친다.

고대부터 사람들은 보름달이 뜰 즈음이면 밀물과

썰물이 크게 나타나지만, 반달이 뜰 때면 그렇지

않은 자연현상을 보면서 , 밀물과 썰물이 달과 관련이

있을 것이라는 막연한 짐작을 하고 있었다.

그러나 그 구체적인 이유를 알 수 없었던 인류는

마침내 뉴턴의 이성적 힘에 힘입어 바닷물에도 만유인력의 법칙이 적용됨을 깨닫게 된다.

삼국지에서 조조와 유비가 천하통일을 놓고 양자강

유역에서 싸웠던 큰 전투인 적벽대전도 제갈량이

달의 움직임에 따른 바닷물의 흐름을 잘 이용해서

얻어진 승리이고, 고대 그리스 아테네가 페르시아

30만 대군과의 맞붙은 페르시아 전쟁의 살라미스

해전에서의 전투도 달의 움직임에 따른 바닷물의

흐름의 빠르기를 잘 이용했기 때문에 승리한 전투다.

이 실라미스 전투의 승리로 그리스 아테네는

대국 페르시아를 물리치고 최초로 제국을 완성하며

서양문명의 중심으로 떠오른다.

바닷물의 흐름을 간파해서 대군을 무찌른

중국의 제갈공명과 아테네의 사람들은 천 년 이상을

앞서 뉴턴의 생각을 알현했던 것이다.

바닷물이 약 6시간 단위로 밀물과 썰물을 하루 각

두 번씩, 총 4번을 밀려들었다 밀려나가기를 반복

하는 이유는 서로를 끌어당기는 만유인력의 법칙과

지구가 스스로 자전하며 일으키는 원심력에 의해

조석력이 생기기 때문이라고 뉴턴은 프린키피아는

기록을 하고, 이를 수학적으로 증명했던

과학자였다.

지구가 돌듯, 세상도 돌고, 바닷물도 돌고,

변화무쌍한 인생사도 돌고 돌아

제자리를 찾게 되는 것이 자연의 이치니,

우리네 인생사도 뉴턴의 만유인력의 법칙을

따르는 것은 아닌가?

그렇다면 어떤 힘이 작용해서 변화무쌍한 인생,

돌고 돌아 제자리로 돌려놓는단 말인가?

호기심과 긍정이라는 생각의 힘이 인생을

중심으로 끌어당기는 작용을 한 덕분이다.

그렇다면,무관심과 부정이라는 생각의 무기력은

인생을 중심에서 이탈할 수밖에 없는 구심력으로

작용하지 않겠는가.

Plato Won