중세역학에 대하여

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중세역학

 

1). 중세에 아리스토텔레스의 주장을 따르는 사람들의 의견에 의하면, 우리가 수직위로 공을 던졌을 때 처음 작용한 힘은 공이 올라감에 따라 점점 중력의 영향을 받게 되어 공이 최고점에 이르렀을 때에는 처음 던져질 때 가해진 힘이 모두 소모됨과 동시에 중력이 작용하게 되어 공은 잠시 정지하게 된다. 그 후 처음에 던져진 힘은 다 소모되고 중력이 던져진 힘보다 커져 공이 밑으로 덜어진다는 것이다. 이 생각을 근대 역학의 출발점인 관성의 법칙과 비교하여 설명해 보라.

 

▶답 :

[1] 중세 아리스토텔레스 역학과 근대 뉴턴 역학의 사고틀에 대한 가장 중요한 차이점은 힘에 대한 개념의 변화이다.

 

◈ 아리스토텔레스: 힘이 물체에 지속적으로 작용하고 물체의 운동이 지속되는 동안 작용하는 힘이 감소하는 것으로 생각함

◈ 뉴턴: 물체에 힘이 가해지는 순간에만 작용하고 그 이후에는 그 운동 상태가 지속되려는 관성에 의해 운동 상태가 유지된다고 생각함.

 

[2] 물체가 땅으로 되돌아오는 이유

◈ 아리스토텔레스: 물체에 작용하던 힘이 모두 소모되었기 때문에 물체의 원래 자리인 땅을 향해 되돌아온다고 설명함

◈ 뉴턴 : 힘이 연직 상방으로 작용한 순간부터 끊임없이 만유 인력이 작용하고 그로 인해 속도가 줄어들어 정지한 후 지구를 향해 운동을 한다고 설명함

 

(부연). 또, 위로 던져진 순간부터 땅에 떨어질 때까지 공에 작용한 힘은 무엇인가?

▶답 : 지금 우리가 사고하는 틀이 뉴턴 역학이라고 해서 아리스토텔레스 역학은 틀리고 뉴턴 역학은 맞다고 할 수 없다는 것이다. 우리가 뉴턴 역학의 틀로써 사고하는 이유는 보다 넓은 범위에서 유용하기 때문이다. 예를 들면 아리스토텔레스 역학의 틀로는 지구 위에 있는 물체의 운동은 설명할 수 있지만 우주에서 일정한 속도로 움직이는 물체의 경우는 설명할 수 없다. 하지만 뉴턴 역학에서는 관성의 법칙으로 설명이 가능하다. 이처럼 보다 넓은 범위에서 설명이 가능해야만 법칙으로서 의미가 있는 것이다.

 

2). 아래의 그림과 같이 질량이 20kg인 원숭이가 질량이 같은 20kg인 바나나가 달린 가벼운 긴 줄을 꽉 잡고 정지해 있다. 이 원숭이는 줄에 매달린 바나나를 따먹을 수 있는지 설명한 아래 내용 중 옳은 것은?

가. 원숭이가 줄을 타고 위로 올라갈 때 바나나는 정지해 있으므로 원숭이는 바나나를 따 먹을 수 있다.

나. 원숭이가 줄을 타고 아래로 내려갈 때 바나나는 위로 올라가므로 원숭이는 바나나를 따 먹을 수 있다.

다. 원숭이가 위로 올라가면 바나나도 위로 올라가고, 원숭이가 아래로 내려가면 바나나도 아래로 내려간다.

라. 원숭이가 줄을 놓으면 원숭이와 바나나 사이의 거리는 점점 감소하므로 낙하하는 도중에 원숭이는 바나나를 잡을 수 있다.

 

▶답 : 처음에 원숭이와 바나나는 정지하고 있었고 둘의 가속도는 같으므로 원숭이와 바나나는 똑같은 운동을 한다. 즉, 원숭이가 올라가면 바나나도 올라가고 원숭이가 내려가면 바나나도 내려간다.

원숭이가 자유 낙하하면 바나나도 자유 낙하 하고, 원숭이가 위로 가속하면 바나나도 똑같이 위로 가속하기 때문에 원숭이는 바나나를 따먹을 수 없다.

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