2-1, 뉴턴의 세 가지 운동 법칙
인문아트 시리즈 뉴턴의 <프린키피아>와 다윈의 <종의 기원>
by
Dec 25. 2023
Plato Won 作 땅으로 끌어당기는 중력에 반하여, 깃품 있는 소나무는 그의 의지로 하늘로 뻗어 간다.“운동하는 모든 물체가
가지는 공통적인 특성은 무엇일까?”
아리스토텔레스는 물체가 어떤 속도를 일정하게
유지하고 운동을 계속하기 위해서는 외부의 작용이
필요하며, 이것이 없을 때 물체는 운동을 멈춘다고
생각했다.
그러나 갈릴레오는 성당에 걸린 추가 진자운동을
하는 것을 보며 아리스토텔레스의 생각에 의문을
품는다.
갈릴레오는 아리스토텔레스와 달리 운동을
유지하는 데 힘이 작용할 필요가 없다고 주장했다.
물체에 힘이 작용하면 물체의 운동이 변하고,
외부의 힘이 작용하지 않는 한 운동하는 물체는
동일한 상태를 유지한다는 것이다.
갈릴레오는 이를 기반으로 새로운 법칙을 세워
나간다. 갈릴레오에 의해 새롭게 정의된 성질들은
뉴턴의 손에서 ‘세 가지 운동 법칙’으로 정리된다.
뉴턴은 움직임이라는 결과를 도출하기 위해서는
그 원인이 있어야 하는데, 그 원인을 총 3가지
법칙으로 나열했다.
먼저 뉴턴 제1법칙은 관성의 법칙이다.
힘이 가해져 물체의 운동 상태가 변하는 경우를
제외하고, 물체는 정지해 있거나 등속직선운동을
유지한다는 이론이다.
제2법칙은 가속도의 법칙이다.
관성의 법칙은 계속 유지되는 것이 아니며,
외부에서 힘이 가해지면 물체의 운동 상태도
변한다는 의미로 <F=ma>라는 공식으로도 불린다.
이 공식을 풀이하면 가속도는 힘에 비례하지만
질량에는 반비례한다는 것이다.
한 물체의 속도를 변화시키려면 힘을 많이 가하고,
무게가 가벼울수록 더 쉽다는 뜻이기도 하다.
제3법칙은 작용과 반작용의 법칙이다.
물체 A가 다른 물체 B에 힘을 가하면, 물체 B는
물체 A에 크기는 같고 방향은 반대인 힘을 동시에
가한다는 이론이다.
이는 모든 작용에 대해 크기는 같고 방향은 반대인
반작용의 힘이 존재한다는 것을 의미한다.
뉴턴의 ‘세 가지 운동 법칙’은
물체의 위치와 속력이 주어지면, 미래의 어떤 시간에
어떤 위치에서 어떤 속력을 가지는 것이 결정되고 이를 예측할 수 있다는 것을 의미했다.
이제 인류는 뉴턴의 세 가지 운동 법칙을 통해
우주 만물의 모든 움직임을 이해하고 활용할 수 있게
되었다. 이렇게 수학적 계산을 바탕으로 미래를
예측할 수 있다는 사실은 훗날 인류에게 커다란
변화를 일으키게 된다.
아리스토텔레스를 비롯한 수많은 과학자들은
힘과 운동에 대해 오랜 시간 연구하고 토론해 왔다.
그러나 대부분은 관찰이나 실험을 통하지 않고 보이는 현상만을 주장해 왔다.
뉴턴은 이를 지적하듯 관찰과 실험을 통해 세 가지
운동 법칙을 만들어냈고, 이 법칙들은 200년이 넘는
시간 동안 인류의 실험과 관측을 통해 다시금 사실로
입증되었다. 이는 과학에서 사실을 증명하는 것이
얼마나 중요한지를 다시 한번 강조하는 결과다.
이제 인류는 뉴턴의 세 가지 운동 법칙을 통해
미래의 움직임을 예측할 수 있게 되었다.
특별한 자극이 없으면 습관은 반복되고,
되로 주면 말로 받고,
불현듯 자극이 가해지면 의지가 용솟음치듯
가속되고,
권리가 있으면 그에 따르는 의무를 이행해야 하는
인간사도 뉴턴의 세 가지 운동법칙을 준수한다.
천상계나 지상계나 인간계나 다 뉴턴의 세 가지
법칙을 준용하는 한 통속이다.
그러나 유독 인간계에서는 이 세 가지 법칙을
거스를 수 있는 신비한 힘이 존재한다.
그것을 '인간애'또는 '인류애'라 부른다.
Plato Won
