고급물리:운동 법칙 편집하기 (부분)

=답=
{| class="wikitable"
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! colspan="2" |등속 운동하는 기차 위에서 공을 위로 던져 올렸다 받으면, 기차 안 사람의 입장에선 공이 위아래로만 운동한 것처럼 보이고, 기차 밖의 관찰자에겐 공이 포물선 운동한 것처럼 보인다. 어째서 기차 밖의 관찰자는 공이 포물선 운동하는 것으로 보일까?
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!답변
!선생님코멘트
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|기차의 움직이는 계를 바라보고 있기 때문이다.
|조금 더 구체적이면 좋겠어요~
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*다른 계에 있기 때문(기차라는 계가 움직인다고 생각하면 기차의 운동과 공의 운동을 합성한 채로 생각해야 한다.)
*기차 안에 사람과 밖의 사람의 좌표계가 다르기 때문이다.
|네, 다른 계에 있기 때문에 상대속도를 고려해주어야 하죠.
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|다른 계를 구체적 언급
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*기차 안 사람의 관성계와 기차 밖 사람의 관성계가 다르기 때문이다.
*기차 안 사람은 기차와 같은 관성계를 가지므로 기차의 속력 성분은 보지 않는다 - 따라서 기차 안 사람은 공이 위아래로만 움직이는 것으로 본다. 기차 밖의 사람은 기차와 다른 관성계를 가지므로 기차의 속력 성분도 함께 보게 된다 - 따라서 기차 밖 사람은 기차의 속력의 수평 속력까지 반영된 포물선 운동을 보게 된다.
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*기차안에서는 수평방향 속도가 같아 수평방향 상대속도가 없고 밖에서는 기차의 수평방향 속도가 더해지기 때문
*기차 안에서는 공의 수평방향 상대속도가 0이고 밖에서는 아니기 때문이다
*밖의 관찰자가 봤을 땐 기차와 같이 공과 사람 모두 일정한 속도로 운동하고 있었을 것이다. 따라서 관성좌표계 안에서 뉴턴법칙이 성립하므로 기차 안 사람은 공이 수직운동으로 보이지만 밖 사람은 x성분으로 속도가 있기 때문에 포물선 운동으로 보인다.
*공이 손 안에 있을 때 공도 기차와 같은 속도로 나아가고 있다. 기차 속 사람이 공을 바로 위로 던져도 기차 밖의 관찰자가 보면 공은 수평 방향으로 기차와 같은 속도를 계속 유지한다. 따라서 관찰자가 보는 공은 비스듬이 올라가 포물선 운동을 하는 것으로 보이는 것이다.
*기차 안의 사람의 입장에선 본인이 정지좌표계에 위치해있는 것이기 때문에 공에 수평 방향 속도가 없고 그저 상하운동을 하는 것처럼 보이지만 기차 밖 관찰자의 입장에선 관찰자의 좌표계가 정지이고 기차의 좌표계가 운동이기 때문에 기차 안 사람과 공에게도 기차와 같은 수평 방향 속도가 존재하여 공은 포물선 운동을 하는 것처럼 보인다.
|아주 훌륭합니다.
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|공은 기차의 좌표계에 고정되어있기 때문이다.
|고정;;;? 그건 움직이지 못한다는 뜻;;;
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|물리법칙의 오개념
|기차 안의 공간과 밖의 공간은 같은 계가 아니므로 같은 물리법칙을 적용받지 않기 때문에 같은 운동이라도 다르게 보일 수 있다.
|등속운동하는 계에선 같은 물리법칙의 적용을 받습니다.
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|관성력의 오개념
|공에 관성력이 작용하기 때문에 밖에서는 포물선 운동을 하는 것으로 보인다.
|관성력은 가속하는 계에서만 생깁니다!
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! colspan="2" |가속하는 기차에선 왜 공을 위로 던졌는데 바로 아래로 떨어지지 않는 걸까?
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!답변
!선생님코멘트
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|운동 자체로 설명한 경우
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*공은 처음 던져졌을 때의 에너지만을 가지고 있다. 속도가 일정한 기차 안에서는 바로 아래로 떨어지겠지만, 가속할 경우에는 공의 입장에서 공이 공중에 떠 있을 때 기차는 앞으로 이동하므로 바로 아래가 아니라 약간 뒤로 떨어진다.
*공이 손은 떠나는 순간 공에게 가해지는 힘은(공기저항이 없을 때) 중력 밖에 없지만 사람은 기차와 함께 가속하므로 힘을 받아 앞으로 움직이기 때문이다
*공이 던져질때의 속력보다 던진이후의 기차의 속력이 더 빠르기 때문에 상대적으로 공의 속력은 기차의 속력보다 느리므로 기차 좌표계 관점으로 공은 살짝 뒤로 가게 된다.
*가속할때 사람은 바닥에 의한 마찰력으로 인해 기차와 같이 가속할수 있다. 하지만 공중에 있는 공은 공기저항만 존재하며 이는 기차와 사람의 가속도정도로 만들기에는 부족한힘이다. 그러기에 상대벅인 가속도는 더 작아서 뒤로 밀려나게 된다.
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|관성력으로 바르게 설명한 경우
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*가속하는 계에서는 계가 운동하는 방향의 반대로 관성력이 작용하기 때문에 수직하게 던지면 계가 가속하는 방향의 반대방향으로 움직이며 포물선으로 떨어진다.
*기속하는 계에서는 가속하는 방향의 반대 방향으로 관성력을 적용시킴으로써 계를 설명할 수 있으므로 기차 안의 사람은 기차 가속의 반대 방향으로 공이 힘을 받아 움직인다고 해석한다.
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|네, 좋은 사고실험입니다.
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|관성력을 운동방향의 반대로 받기 때문이다
|정확히 말하면, 계의 가속방향의 반대로 받는다는 게 맞을 것 같아요;
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|기차가 달리기 시작한 그 순간에는 물리 법칙이 깨지면서 특수한 상황이 발생한다.
|어떤 특수한 상황인지...
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|진공 상태인 경우 공은 관성에 의해 멈춰있으려 하기 때문에
|맥락에 맞지 않는듯;
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|바로라는 것은 dt가 매우 작을 때를 뜻하므로 바로 던졌을 때는 알짜힘이 위 방향으로 작용하기 때문에 아래로 떨어지지 않습니다
|와... 질문의 헛점을 이렇게 파다니;;
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|공의 수평속도는 일정한데 우리는 가속됐기 때문이다.
|굳
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|관성이라는 가상의 가속도를 받기 때문에 바로 아래가 아닌 뒤쪽으로 떨어진다.
|용어가 조금 잘못되었어. 관성은 현재의 운동상태를 유지하려는 성질이에요.
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|위로 던진 만큼의 운동에너지가 위치에너지로 모두 변환되기 까지의 시간이 걸리기 때문이다
|???????????????????
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! colspan="2" |여러분이 알고 있는 비관성계의 예를 하나씩만 들어보세요~
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!답변
!선생님코멘트
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|로켓
|'가속하는'이란 말이 달려 있으면 완벽할듯.
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*달리기
*버스 안
*급가속하는 버스
|달리기 중에서도 가속할 때가 되겠죠.
busan?
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|기어 1단에 넣고 풀악셀 밟는 Ferrari
|굳.
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|팽창하는 우주
|오... 먼 거리일수록 팽창속도가 빨라지기 때문에!?!?
애매하긴 한데;; 공간 자체가 커지는거라;;
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|태양계부터 은하가 비관성계이고 우주의 팽창속도도 점점 느려지고 있으므로 온세상이 전부 비관성계이다
|오, 훌륭합니다.
팽창속도 느려지냐??
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|온 우주
|모르겠어;;; 우주 자체가 운동하고 있는건진 잘;;;
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|지구
|오오. 관성력을 무시하긴 하지만.. 포탄을 멀리 쏘게 되면 관성력을 무시할 수 없게 되죠.
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|비행기가 이륙할 때

이륙할 때의 비행기
|우앗, 뉴턴의 법칙이 무너져~
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|엘레베이터가 움직이는 직후

엘레베이터가 멈춰있다가 움직일 때 비관성계가 된다

엘베! 올라갈 때 몸이 무거워지는 느낌이 든다.

엘리베이터
|일상에서 가장 쉽게 볼 수 있는 비관성계네요!
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|롤러코스터
|우우우~
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|회전바구니
|오...? 근데, 그게 뭐야?
아, 그 커피잔?? ㅇㅋㅇㅋ
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|회전목마
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|핀트
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*버스 손잡이가 출발하는 순간 움직이는 것.
*버스 안에 타고 있었는데 버스가 출발하니까 손잡이가 갑자기 혼자 뒤로 움직여요!
*지하철이 출발할 때에 몸이 뒤로 쏠리는 것.
|이건 현상이고, 가속하는 버스 내부가 관성계가 되겠지요오~
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|등속도로 달리는 기차, 안정된 상태로 비행하는 비행기
|이건 관성계의 예인데요?
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|급커브 하는 자동차 안.(단순 원동도 포함)
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