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물리가 물렁물렁 -닉아놀드 지음
1.뉴턴의 세 가지 운동 법칙에 대해서 서술하고 일상샐활에 각각 어떻게 적용되는지 예를 들어 보자
뉴턴의 저서 [프린키피아(원제는 자연 철학의 수학적 원리 Philosophiae Naturalis Principia 띄고 Mathematica)] 는 그 때까지 씌어진 과학책 중에서 가장 위대한 책이였다.
그 책에서 그는 전체 우주를 일목요연하게 설명했다.(그 책을 라틴어로 쓰지 않고 또 어려운 수학으로 가득 채우지만 않았더라면 더 좋았을껄!)
뉴턴은 중력, 힘에 관한 세 가지 법칙 그리고 물체가 어떻게 움직이는지 설명했다.
이들 법칙은 오징어가 어떻게 뒤로 물을 내뿜으면서 앞으로 전진하는지 설명해준다.
또, 멀리 떨어진 별들이 폭팔할 때 어떤 일이 일어나는지 그리구 낮게 날아가는 제비의 똥이 왜 우리의 머리 위에 떨어지는지도 설명해준다.
뉴턴의 제 1법칙
정지한 물체는…(생략)
2. 빨리 달릴수록 더욱 많이 받게 되는 치명적인 힘의 효과를 줄이기 위해서 기술자들은 어떤 조치를 취하고 있을까?
등도 같은 힘으로 나에게 박치기를 한다. 이것은 사실이다 이런일은 실제로 왕왕 일어난다.
요건 몰랐을껄?
뉴턴의 사과과 땅에 부딪혔을 때 지구도 똑같은 힘으로 그 사과를 쳤다. 그것이 바로 뉴턴의 제 3법칙이다. 즉 서로 충돌하는 물체들은 똑같은 힘을 서로 주고 받는다.
그러나 지구가 너무 크기 때문에 이 충돌에서 흔들리는 정도는 아무도 알아채는 못할 정도로 작다. 훗날 뉴턴의 업적을 기려힘을 나타내는 단위는 뉴턴(newton N) 이라고 부르게 되었다. 그러나 뉴턴은 평범한 천재가 아니였다. 그는 아주 괴팍한 성격을 지니고 있었다
2, 빨리 달릴수록 더욱 많이 받게 되는 치명적인 힘의 효과를 줄이기 위해서 기술자들은 어떤 조치들을 취하고 있을까?
충돌 실험
자동차 설게자는 새로운 자동차를 개발하는 데 많은 돈을 쏟아붓는다. 그리고는 그렇게 만든 자동차들을 때려 부순다. 어리석게 보일지도 모르지만. 그들은 다양한 충돌 조건하에서 자동차의 구조와 재질을 실험함으로서 운전자와 승객을 보호 할 수 있는 최상의 방법을 찾아 낸다. 요즈음에는 대부분의 충돌 실험은 컴퓨터로 이뤄진다. 기술자들은 모의 실험을 통해 충돌 상황을 여러 가지 속도로 재현해 본다. 심지어 1000분의 2초당 하나의 화면이 지나가도록 움직임의 속도를 늦출 수도 있다. 이것은 tv의 느린 동작 화면보다도 훨씬 더 느린 것이다.
그렇지만 그런 다음에 기술자들은 그 결과를 실제로 확인하기 위한 실험을 한다. 이 때, 불쌍한 인형들은 차에 태워 실제로 충돌이 일어 날때의 효과를 알아본다.
물론 인형에게는 두뇌가 없다 . 하기야 두외가 있다면 인형도 아니지! 어쨌든 인형들은 위험한 실험 속에서 생을 마감한다.
어느 인형의 하루
끔찍한 충돌 실험
오전 11시
충돌 실험용 인형들이 트럭에 실려 도착한다. 인형들을 자동차에 태운다. 엄마 인형과 아빠 인형 그리고 두명의 어린이 인형이 있다. 자동차에는 모든 종ㄹ의 감지장치들이 전선으로 연결되어 있다. 그리고 자동차는 돌진해 충돌할 벽을 똑바로 마주하고 섰다.
너? 그런데 기술자들이 인형들의 안전 벨트를 채워 주는 것을 잊어버린 것 같다
오전 11시 02분
기술자들은 충돌의 충격으로 다치지 않기 위해 강철 벽 뒤에 쪼그리고 앉았다. 그런데 알고보니 인형들의 안전 벨트는 일부러 채워 주지 않았던 것으로 드러났다. 자동차 앞에 잇는 강체 케이블이 자동차를 맹렬한 속력으로 돌진 시킨다. 쾅! 자동차가 벽에 세게 충돌한다. 인형들이 자동차 앞유리에 부딪힌다. 자동차 앞부분이 완전히 박살난다.
12;00 정오
부서진 차체에서 인형들이 구조된다. 약간 찌그러 지기는 했지만, 다음 충돌 실험에 한 번쯤 더 쓸 수 있을 것 같다. 아주 튼튼한 인형들이다
오후 1시.
기술자들이 잠시 일을 멈추고 샌드위치를 먹는다. 인형들은 별로 배고프지 않은것 같다
오후 2시
비디오 시청시간! 아까의 충돌 실험이 녹화된 테이프가 돌아간다. 인형들은 인기 배우로 등장하지만 자신들은 그 사실을 전혀 모른다, 기술자들은 화면 앞에서 인형들의 충돌 장면을
다시 보고 있다.
이제 뉴턴의 제1법칙이 인형에게 어떤 영향을 미치는지 알 수 있다
뉴턴의 제 1법칙은 물체가 계속 직선으로 움직인다는 법칙이다.
자동차가 멈추면 관성 때문에 인형이 앞유리를 향해 직선으로 움직인다. 그리고 자동차가 벽에 충돌하는 무서운 힘이 불쌍한 인형에게 전달된다. 여기서 안전 벨트가 왜 생명줄인지 알 수 있다. 안전 벨트를 매지 않으면 여러분드 이 인형들과 같은 신세가 될 수 있다
오후 5시
기술자들은 내일 실험 계획을 세운다.
이번 충돌 실험에서는 자동차가 충돌 후 뒤집히고 인형들이 그 자동차 안에 갇힐 것이다.
그러나 충돌 실험 인형의 생애에서 그 날은 그저 또 하나의 충돌이 일어난 날에 지나지 않는다. 인형의 생애는 끔찍한 충돌로 얼룩져 있으니까.
안전 제일
이 실험결과 기술자들은 자동차 충돌시 승객에게 미치는 충격을 감소시키는 몇 가지 독창적인 아이디어를 고안했다.
과학자의 자동차
에어백 : 운전자가 자동차에 핸들에 세게 충돌할 때 공기주머니가 부풀어 충격을 완화 시켜 준다
접히는 핸들 : 에어백이 튀어나오면 핸들은 창처럼 운전자의 가슴을 찌르는 것이 아니라. 접혀서 아래로 내려 앉아 운전자에게 충격을 주지 않는다.
안전벨트 : 몸을 앞으로 미는 힘을 흡수 한다
크럼플대 : (일부 신형 자동차에 장착) 충돌시 자동차의 앞부분이 구겨 비면서 충격의 일부를 흡수한다
픅면 충격 막대 : (일부 신형 자동차에 장착) 자동차의 문이 튼튼하게 만들어져 있어 다른 자동차와 세게 충돌해도 찌그러지지 않는다.
2. 빨리 달릴수록 더욱 많이 받게 되는 치명적인 힘의 효과를 줄이기 위해서 기술자들은 어떤 조치를 취하고 있을까?
목숨을 건 비행
1955년 2월 26일 미국 캘리포니아 주.
시험 비행 조종사인 스미스는 9시 30분 정각에 집을 나섰다. 그는 이 날이 자신의 인생에서 최악의 날이 되리라고는 꿈도 꾸리 못했다
쯧쯧, 미련하기도 하지. 휴일에 자청해서 일터에 나가는 사람이 몇이나 있겠는가? 일터에 도착하자마자 누군가가 그에게 최신형 슈퍼사브로 제트 전투기를 시험 비행해 줄 것읗 부탁했다. 이것은 음속보다 더 빨리 날아갈 수 있는 신형 제트기였다. 스미스는 미소를 지었다. 그렇지 않아도 그는 그 비행기를 조종해 보고 싶었다. 그는 느긋하게 대답했다. 그래 까짓거 내가 타고 올라가 보지, 뭐 45분 정도면 충분 할테니까
보호복도 입지 않은 채 그는 비행기에 탑승했다
이륙하자마자 스미스는 조종간이 약간 뻑뻑하다는 것을 느꼈다. 그러나 큰 문제는 없어 보인다. 사전 점검 결과 아무 이상이 없었기 때문이다. 그는 무전기로 다른 비행기 조종사와 유캐하게 잡담을 나누었다
몇 분 뒤, 그는 음속의 벽을 돌파했다. 그런데 그 다음 순간, 비행기가 갑자기 곤두박질치기 시작했고 조종간은 제대로 말을 듣지 않았다. 비행기는 이제 초음속의 속도로 파멸을 향해 급강하하고 있었다. 친구의 다급한 목소리가 헤드폰을 통해 크게 들려 왔다. 탈출해 스미스 비행기를 버리란 말이야! 비행기의 속도가 점점 빨리지자 스미스가 소리쳤다. 조종 장치가 말을 듣지 않아. 추락하고 있어! 이제 탈출할 시간은 몇초 밖에 없었다
약 2000m 아래에는 푸른 바닷물이 햇빛에 반짝이며 넘실대고 잇었다
스미스는 팔걸이를 비틀어 제트기의 유리 덮개가 떨어져 나가게 했다. 비행기를 갈기갈기 찢을 것 같은 돌풍이 조종실을 휩쌌다. 격렬한 공기의 힘 때문에 스미스는 꼼짝 달싹도 할수 없었다. 그는 간신히 손을 쭉 뻗어 비상 탈출 손잡이를 만졌다. 시간이 없었다. 위험에 대해 생각할 시간도 없었다. 초음속에서 낙하산으로 탈출한 조종사들은 한명의 예외도 없이 모두 죽었다.
스미스는 긴장한 손으로 그 손잡이를 잡아당겼다. 펑! 강력한 폭팔과 함께 그의 몸이 조종석에서 떨어져 나갔다. 온 세상이 미친 듯이 뒤흔들리는 것 같았다. 신발과 양말과 시계와 헬멧이 모조리 찢겨 나갔다. 그의 온몸에는 피가 철철 흘렀고 그는 공포에 질렸다. 떨어지는 자신의 몸이 깃털처럼 느껴졌다. 그러면서 그는 어렴풋이 배운것이 생각났다 자유 낙하하는 (공중에서 그냥 떨어지는)물체는 무게가 없지. 그것은....... 중력과 관계가 있지/ 그때 탁하는 소리와 함께 낙하산이 퍼지면서 몸이 아래로 떨어지는 속도가 느려졌다. 그뒤 조지는 어둠속으로 미끄러져 내려갔다. 몸이 바닷물에 부딫힐때도 그는 아무런 통증을 느끼지 못했다. r그의 몸은 물속으로 가라앉기 시작 했다
이보게 좀 도와 주게! 어부가 물속에서 무거운 물체를 끌어올리면서 소리쳤다
그렇지만 동료 어부는 시큰둥한 반응을 보였다 틀림없이 그 조종사는 죽었을꺼야.
그러나 조지 스미스는 아직 살아 있다. 다만...
미공군이 해변에서 1.6키로미터 떨어진 바닷속에서 산산조각이난 비행기를 건져올리는데에는 한달이 걸렸다. 그렇지만 아직 아무도 사고 원인을 정확히 알지 못했다.
그러나 과학자들은 이제 반쯤 죽은 가엾은 스미스에 몸에 미친 격렬한 힘의 효과를 연구할 기회를 갖게 되었다
그결과 그들은 다음과 같은 사실들을 알아냈다
1.스미스가 비행기에서 튀어나올 때의 속도는 중력의 효과를 증가시켰다. 무게는 우리몸에 미치는 중력의 세기에 따라 달라진다. 그래서 스미스의 몸은 모든 부분이 40배 무거워 졌다
여러분도 이런 경험이 있을지 모른다. 청룡열차를 탔을때 자기 몸이 좌석에 들러붙어 있는것 같은 기분이 바로 그것이다. 스미스는 훨씬 더 빠른 속도로 움직였으므로 그 효과는 거의 치명적인 수준이였다
2.또한 잠깐 동안은 그의 피마저도 무거웠다. 무거워진 피는 무거워진 혈관에서 분출도었다. 그의 온몸에 멍이 많이 든 것은 이때문이었다
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