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[레벨:17]chow
read 3025 vote 0 2022.08.27 (08:19:34)

1. 가속도란?

속도의 변화가 생길 때 가속도가 발생한다.

속도의 변화는 힘의 방향이 바뀌는 것을 말한다.

우리가 흔히 속도라고 말하는 것은 등속도를 의미한다.

등속도 상태에서는 가속도가 없다.

등속도 상태에서 방향이 바뀌면 가속도가 생긴다.

멈춰있는 것은 등속도 상태이다.

멈춰있다가 움직이면 가속도 상태이다.

움직이다가 멈춰도 가속도 상태이다.

등속도로 움직이는 자동차의 핸들을 꺾으면 가속도 상태가 된다.


2. 팽이가 등속도로 돌아도 팽이의 운동은 가속도 상태가 된다. 

왜냐하면 회전체는 계속 방향을 바꾸기 때문이다.

이런걸 원심력이라고 한다. 원심분리기에 쓰이는 원리다. 

원심분리기는 가속도를 이용한다. 

합성물의 원소들 사이에 질량 차이가 있는 것을 가속도를 이용하여 위치 이동시키는 것이다. 


3. 중력의 원리

https://youtu.be/tzBzQDAjEx0

중력은 전문용어로 중력가속도라고 한다.

비행사가 가장 큰 가속도를 느낄 때, 즉 G-force가 가장 클 때는 선회하거나 급상승/하강 할 때다. 이때 G-force가 가장 크므로 인간이 버티기가 어렵게 된다. 한편 직선비행에서는 급가속이나 감속을 할 때도 가속도가 생기지만, 지속시간이 짧아서 실제로 느끼는 가속도 총량이 작아서 비행사가 견딜만하다. 그래서 비행사들이 훈련하는 인공중력장치는 회전체로 만들게 된다.


4. 힘은 방향이 있다. 중력도 방향이 있다. 가만히 정지한 물체는 오로지 지구 방향으로만 힘의 방향이 작용하는 상태다. 그런데 이게 회전을 하면 새로운 힘의 방향이 생긴다. 방향이 생긴쪽으로는 힘이 발생하지 않지만, 방향에 직각인, 저항하는 방향으로는 힘이 발생한다. 정확하게 말하면 방향 없던 질량에 방향이 생긴다. 새로운 질량이 생긴게 아니라.


팽이가 넘어지지 않는 이유가 바로 이것이다. 거꾸로 팽이가 넘어지려는 이유는 중력의 방향에 팽이의 무게방향, 즉 중심과 꼬리의 방향이 서있기 때문이다. 근데 회전을 하게 되면 이 방향이 중력에 수직이 된다. 왜? 원심력에 의해 가속도가 발생하기 때문이다. 물론 없던 무게가 생기지는 않는다. 팽이는 회전하는 전방향에 대해 대칭하기 때문이다. 회전체의 특별함이다. 


팽이가 회전하면 중력에 수직으로 불안한 균형을 이루고 있던 팽이의 방향이 수평으로 불안하게 바뀐다. 팽이를 잘 관찰해보면 수직으로 안정되나, 수평으로는 상당히 불안하게 흔들리는 것이 보인다. 살짝만 건드려도 옆으로 확확 움직인다. 이는 팽이촉과 지면과의 마찰때문이 아니다. 지면이 없는 우주공간에서 관찰해도 마찬가지다. 회전하는 방향으로 가속도의 대칭이 생기면서 저항력이 없어졌기 때문이다. 

https://youtu.be/olz0bNf2osQ?t=60 


5. https://youtu.be/GeyDf4ooPdo 

이건 가벼워진게 아니다. 실험자가 무게추를 들 때 무겁게 느꼈던 것은 지렛대원리 때문이다. 지렛대원리에 의해 상하방향으로 무게가 가중되는 것이다. 그런데 무게추가 회전하면 지렛대원리가 사라지고 실험자에게는 마치 좌우균형이 맞는 무게추를 들게 되는 효과가 발생한다. 즉 총 질량은 같으나 질량의 방향이 바뀐 것을 들게되어 실험자는 무게추가 (아까보다는)가볍다?라고 느끼게 되는 것이다. 


자이로볼을 돌려보면 자이로볼 내부의 회전체의 회전방향이 수시로 바뀜에 따라 손에 느껴지는 질량의 방향이 수시로 바뀌는 것을 느끼게 된다. 손은 가속도를 느끼는 것이다. 회전체의 회전방향에 수직으로는 질량이 없어졌다가 회전체가 회전축의 방향을 바꾸어 손의 입장에서 회전체의 회전방향에 수직이 되면 갑자기 질량을 느끼게 된다.


이게 말하기가 좀 어려운 지점이 있다. 가속도나 질량 말고도 언어가 하나 더 필요할듯. 무게와 질량을 구분해야 하나. 상대속도와 상대가속도로 설명하면 좀더 매끄러운 설명이 가능할듯. 




3878795438.png

그림 출처: https://parksunny.tistory.com/233


결론, 어떤 물체가 회전하면 질량은 변하지 않으나 무게의 방향은 변한다.

무게: 상대가속도에 의함

질량: 공간의 상대가속도?에 의함? 뭔가 하나 더 있다.

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