갈릴레오의 '낙하하는 물체의 운동법칙'은?

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갈릴레오가 완성한

‘낙하하는 물체의 운동법칙’

 

 

1971년 아폴로 15호 우주선을 타고 달에 도착한 우주비행사 데이비드 스콧(David Scott)은 매우 간단하면서도 중요한 과학 실험을 역사상 처음으로 실시했다. 그는 깃털과 쇠망치를 공중에서 동시에 떨어뜨려, 둘 모두 동시에 땅에 떨어지는 것을 확인한 것이다.

 

아리스토텔레스(384-322 BC)는 가벼운 물체와 무거운 물체를 동시에 떨어뜨리면 무거운 것이 먼저 땅에 떨어진다고 설명했다. 그날 이후 이탈리아의 철학자이며 물리학자인 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei, 1564-1642)가 1638년에 ‘낙하하는 물체의 운동에 대한 법칙’을 적은 책 <신과학 대화>를 내놓기 전까지는 아무도 이에 대해 의심하지 않았다.

 

갈릴레오는 경사(傾斜)진 평면에서 가벼운 공과 무거운 공을 굴려 내리는 실험을 거듭하면서 놀라운 운동법칙을 완성했다. 그를 현대 물리학의 아버지라 부르게 한, 낙하하는 물체의 운동법칙은 이렇게 설명할 수 있다.

 

“공기의 저항이 없다면, 낙하하는 모든 물체는 같은 운동을 한다. 그러므로 동시에 떨어뜨린 것은 함께 땅에 떨어진다. 낙하하는 물체는 항상 가속(加速)이 되므로(지구의 중력에 의해), 일정한 비율로 속도가 올라간다.”

 

당시만 해도 뉴턴의 중력 법칙을 모르고 있었기 때문에, 낙하하는 물체의 속도가 차츰 빨리지는(가속되는) 원인에 대해서는 설명하지 못했다. 그리고 지구상에서는 공기의 저항 없이 이 실험을 할 수 있는 곳이 없었다. 드디어 달에서 우주비행사에 의해 최초로 갈릴레오의 운동법칙이 실증된 것이다.

 

갈릴레오의 운동법칙은 다음과 같은 수식으로 나타낼 수 있다.

 

v = gt

s = 1/2gt²

 

여기서, v는 낙하하는 속도, g는 중력에 의해 생기는 가속도(중력 가속도), s는 t시간 동안에 이동한 거리를 나타낸다. 갈릴레오의 운동 이론은 운동, 가속도, 중력 이 3가지를 동시에 설명하는 중요한 법칙이다.

 

갈릴레오는 기독교 신자이면서 진리 추구를 위해 종교와 맞선 상징적인 과학자이다. 그는 손수 발명한 망원경으로 목성의 위성을 발견하여, 코페르니쿠스의 지동설을 반세기만에 실증하기도 했다.

 

 

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