관성의 법칙
1). 코페르니쿠스가 주장한 지동설은 초기에 반대론자들에 의해 다음과 같은 반박을 받았다.
"지구가 자전한다면 지구상에는 항상 동풍이 불어야 할 것이다.", "위로 던져진 물체는 항상 서쪽으로 치우친 상태로 떨어져야 할 것이다." 만일 제군이 코페르니쿠스라면 어떻게 해명할 것인가?
▶답 : 관성의 법칙으로 설명 가능: 버스 위에서 물체를 연직 상방으로 던졌을 때, 이 물체가 버스가 지나간 후 떨어지지 않고 던진 위치에 떨어지는 것을 관찰할 수 있다. 이는 물체가 이미 버스와 함께 일정한 속력으로 수평 운동을 하고 있었음을 의미한다. 그래서 수직방향으로 물체를 던지면 이 방향으로는 중력의 영향으로 연직 상방 운동을 하지만 수평 방향으로는 등속도 운동을 하게 된다. 즉, 지구가 자전을 하면 위로 던져진 물체나 공기 또한 지구의 자전과 같은 방향으로 일정한 속도로 운동을 하고 있다. 그래서, 그 운동 상태가 지속되는 관성의 성질이 작용하기 때문에 실제로 동풍이 불거나 동쪽으로 떨어지지는 않는 것이다.
2). 그림과 같은 갈릴레이 사고 실험은 유명하다. 갈릴레이는 이 실험을 통해서 어떻게 관성의 법칙을 발견하고 설명할 수 있게 되었나? 또, 갈릴레이의 실험 외에 다른 어떤 과정으로 관성의 법칙을 설명할 수 있을까?
▶답 : ※ 갈릴레이의 사고 실험
마찰이 없는 경사면을 여러 각도로 기울여놓고 원래 놓은 높이만큼 다시 올라가는 성질을 이용하여 한쪽의 경사면을 평평하게 만들었을 때, 이는 원래 높이만큼 올라가지 못하기 때문에 계속 운동하게 될 것임을 사고 과정만으로 실험한 것이다. 이를 사고 실험이라 한다.
그러나 이 실험은 갈릴레이가 관성의 법칙의 개념을 정립한 후 설명하기 위해서 진행한 사고 실험이다. 실제로 갈릴레이는 위 문제의 경우처럼 위로 던져진 물체의 운동 상태에 대한 기본 성질을 생각한 후 관성을 운동의 기본적인 성질로서 정립하였다.
관성의 예 → 버스 급출발과 급제동, 망치, 대패, 천장에 매단 추 등
3). 그림과 같이 배위에 무거운 모루를 엊어놓고 망치로 내려쳐도 다치지 않는 이유는 무엇일까?
▶답 : 망치가 모루를 내려치는 순간 모루는 관성에 의하여 사람이 받을 충격을 대신 받아주기 때문이다.