뉴턴 역학과 만유인력

편집부

엮은이:아이뉴턴편집부
  

제1장뉴턴역학의탄생
소박한의문/뉴턴역학의성립/뉴턴의생애/뉴턴역학키워드맵

제2장뉴턴역학의기본‘운동의3법칙’
관성의법칙이란?/관성의법칙의발견①~②/속도①~②/관성의법칙과지구의자전·공전①~②/낙체(落體)의법칙①~②/‘힘’이란무엇인가?/가속도①~②/가속도의법칙/중력가속도/힘의균형①~②/수직항력/마찰력/작용·반작용의법칙/겉보기힘①~②/역학퀴즈①(상자속의새)/역학퀴즈②(버스속의풍선)/계산문제

제3장천상과지상을연결하는‘만유인력의법칙’
만유인력이란?/만유인력의법칙①~②/만유인력과중력①~②

제4장만유인력과원운동의관계
원운동/달의원운동/인공위성의원운동/우주정거장의원운동/지구와달의중심(重心)/케플러의3법칙/만유인력과행성의발견/역학퀴즈③낙하하는표적/역학퀴즈④지구중심의작은방

제5장에너지보존법칙과운동량보존법칙
에너지란무엇인가?/에너지보존법칙/일①~②/운동량/충격량/운동량보존법칙①~②/계산문제

제6장뉴턴역학과프린키피아·상대성이론·양자론
뉴턴역학에관한대화/
<프린키피아>
를읽어본다/뉴턴역학과상대성이론·양자론/계산문제의답




좀더알고싶다!칼럼

무중력공간은불가사의한광경을만들어낸다/인공중력을만들어서우주식민지를건설한다/제트코스터의스릴의비밀은?/두가지보존법칙은가속도의법칙에서유도된다!/탐사선은접근하는천체의운동과중력을이용해우주를항해한다

1.출간의의
지상과천상을지배하는물리법칙을밝혀내다

사과나무에달려있던사과는땅으로떨어진다.손에쥐고있던돌멩이를공중에서놓아도아래로떨어진다.그런데허공에떠있는달은왜지구로떨어지지않는가?또지구는시속1700km로자전하는동시에,시속11만km로태양의주위를공전한다.이렇게초고속으로회전하는지구위에서우리가아무문제없이걷거나달릴수있는이유는무엇일까?그뿐만이아니다.태양계의행성은태양주위를공전하고,달은지구주위를공전하는데그이유가무엇일까?
17세기에아이작뉴턴이등장하기전에는이러한의문점을명쾌하게설명할수없었다.오히려현재의우리가알고있는이유와는다른여러가지설명이나와사람들을혼란스럽게만들고있었다.뉴턴은만유인력이라는혁명적인발상을하고운동의3법칙(관성의법칙,가속도의법칙,작용·반작용의법칙)과연결해그것을증명함으로써,2000년이상이어져내려오던천동설을완전히무너뜨리고‘지상과천상은모두같은물리법칙으로움직인다.’는새로운세계관·우주관을정립시켰다.
그후뉴턴의만유인력과운동의3법칙은일상적인물체의운동을설명하는이론으로자리를잡았고,오늘날에도원자의움직임을다루는미시(微視)세계,그리고빛과같은정도의초고속운동과거대중력의세계등을제외한분야에서는어김없이적용된다.
이책에서는운동의3법칙을바탕으로하는뉴턴역학과만유인력을풍부한사례와그림자료,전문가의상세한해설을통해설명한다.아울러책에나온내용을이해했는지를스스로확인해볼수있는역학퀴즈와간단한계산문제도준비되어있으므로반드시도전해보기바란다.
제1장에서는뉴턴역학이탄생하기까지의배경을설명한다.제2장과3장은뉴턴역학의기둥이자뿌리인운동의3법칙과만유인력의법칙을설명한다.제4장과5장에서는뉴턴역학과밀접한관계를가진원운동및에너지보존법칙·운동량보존법칙을설명한다.제6장에서는제1~5장에서미처다루지못한관련항목을정리하면서뉴턴의명저
<프린키피아>
의내용을함께알아보며,뉴턴의이론이상대성이론·양자론과는어떤관계에있는지도알아본다.

이책이물리의기본인뉴턴역학과만유인력을완벽하게이해하는좋은계기가될것으로믿어의심치않는다.




2.특장



●관성의법칙,가속도의법칙,작용·반작용의법칙등물체운동의기본법칙상세해설

요즘은중고등학교에서배우는내용이지만,이들법칙은16~17세기에활약한갈릴레이,데카르트,하위헌스(호이겐스)등의오랜연구를통해자리를잡고,뉴턴이만유인력과결부시켜설명함으로써그위치가확고해졌다.상대성이론과양자론으로설명되는분야를제외한,이세상거의모든물체의운동을설명할수있는위대한3개의법칙을풍부한사례와정확한그림,전문가의상세한해설을통해완벽하게이해한다.



●물체사이에서작용하는만유인력과원운동의원리설명

‘모든물체사이에는서로끌어당기는힘이작용한다.’만유인력은뉴턴의독창적이고도천재적인능력이발휘된대표적인물리법칙이다.‘운동의3법칙’과연결해지구상의물체는물론우주공간의천체운동까지도설명함으로써,물리학뿐만아니라인류의역사자체를바꾸었다해도과언이아닌‘뉴턴의작품’이다.아울러만유인력과밀접한관계를가진원운동과의관계를통해,사과는땅으로떨어지는데달은지구로떨어지지않는이유등도명쾌하게설명한다.



●자연계의대법칙인에너지보존법칙과,운동량보존법칙정리

‘제트코스터는왜원운동을할수있으며,그때거기에탄사람은어느정도의힘을받는가?지레와도르래는어떤원리로쉽게일을하게해주는가?야구선수의글로브는왜두툼하게만들어야하는가?인공위성이지구를탈출하기위해서는어느정도의속력을유지해야하는가?’이러한수많은의문에대해서명확한수학적인계산을바탕으로답을제시해주는두가지의보존법칙을정복한다.



●역학퀴즈와계산문제를통해뉴턴역학과만유인력을완전정복

뉴턴역학과만유인력을이해하기위해서는그내용을파악하는일도중요하지만,실제계산문제등을통해완전한‘내것’으로만드는일도중요하다.실제로뉴턴역학과만유인력에관해서는여러가지다양한응용문제등이만들어지기때문이다.이책에서는여러‘법칙’에대한자세한설명은물론,그것을완전히이해했는지를알아볼수있는퀴즈와계산문제등을제시함으로써독자스스로이해정도를측정할수있도록구성했다.



●최고수준의과학단행본,‘뉴턴하이라이트’시리즈

과학잡지Newton에게재되었던기사들을해당주제별로재구성하고,내용을더욱확대해서구성한과학단행본이‘뉴턴하이라이트’시리즈이다.‘뉴턴하이라이트’는세계적인과학기관에서제공하는최신사진자료와세련된일러스트레이션및전문가의해설을통해과학의원리와연구상황을한눈에볼수있도록정리해서제공한다.물리학·화학·생명과학·지구과학·천문학등과학의모든분야를다루는40여권이상의자매편들이절찬리에판매되고있다.




협력·집필

와다스미오和田純夫/일본도쿄대학대학원종합문화연구과전임강사,이학박사